ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕАКТОПЛАСТОВ

Реактопласты, так же как и термопласты, характеризуются комплексом технологических свойств, оценивающих их прнгод - юсть к переработке. К этим свойствам относятся текучесть, время отверждения, объемные характеристики и гранулометри­ческий состав, таблетнруемость, содержание влаги и летучих веществ и др.

Текучесть реактопластов определяется по методу Рашита. Метод заключается з прессовании стандартного стержня и из­мерении его длины. Текучесть по Рашигу является относитель­ной величиной, зависящей от времени отверждения пресс-мате­риала. Определение текучести но Рашигу проводят па съемной пресс-форме (рис 9.1). Навеску материала в виде порошка пли таблетки помещают в загрузочную камеру пресс-формы, предварительно нагретую до температуры испытания (для фе­нопластов 150±23С), Затем опускают пуансон и создают дав­ление 30 — 2.5 МПа. Время выдержки пресс-материала под дав­лением составляет 180 с. Материал в течение этого времени расплавляется, течет, заполняя капал формы, и отверждается.

1'нс. 9.1. Пресс-форма на ечержош. для определения текучести реактоплаетоп:

иллумкцыци: 2 гглклм чпфииы; ■* пЛор. мл мат;ш:;: 4 ■ * и у иисоп

После окончания выдержки снимают давление, разбирают пресс-форму и извлекают стержень. За текучесть по Раишгу принимают значение, разное длине стержня н миллиметрах, до границы его плотной части.

Б промышленности широко используют текучесть по Рашиту для оценки входного показателя качества каждой партии ма­териала, что позволяет выбирать метод и условия переработки его в изделия. Например, материал с текучестью 30—150 мм перерабатывают методом компрессионного прессования, а с те­кучесть ю 90— 180 м. м—литьевым прессованием Причем высо - котекучне материалы перерабатываются пои меньшем давлении и. могут использоваться для изготовления крупногабаритных изделий, изделий сложной конфигурации или с арматурой.

Текучесть реактопластов зависит от структуры полимера, наполнителя и различных добавок, С увеличением содержания наполнителя (особенно крупнозернистого и длинноволокнисто­го) текучесть пластмассы уменьшается. В промышленности для изготовления изделий применяют пресс-порошки с текучестью 50—200 мм, волокнистые материалы — 30— 120 мм; асбоволок - ннты—ПО 100 мм: стек. юволокпкты 140—190 мм.

Иремя отверждения (выдержки) — что время, необходимое для перехода роактоглагта в неплавкое и нерастворимое со­стояние. Бремя отверждении зависит как от состава н свойств иресс-мзтернала, так н от технологических факторов; темпера - ■уры формы, толщины изделия, предварительного подогрева, чодпрессовок к т. д. Чаще всего время отверждения устанавли­вают по запрессовке стандартного конусного стаканчика в опре­деленных условиях. При этом за время отверждения прини­мают минимальное время от момента смыкания пресс-формы до извлечения качественного изделия (рис. 9.2). Этот метод

Рис 9.2. Кокуерый стаканчик для определения времени осигрждсмии

:,чс чД. Заннгкмоеть теплостойкости по Мартенсу (/! н тангенса угла ди t. ieh-pii''i4Kii потерь Щб (21 <л времени отиерж. тения рсактоплагтоп

является относительным, он позволяет получить лишь сравни­тельные данные о качестве различны?, партий полимерных ма­териалов и только и отдельных случаях дает возможность приблизительно рассчитать время выдержки для изделий. Опте, малыше время отверждения по конусному стаканчику, напри­мер для новолачиых фенопластов, составляет 50—00 с.

Более объективные данные получают при прессования стан­дартных образцов (бруски, диски) и определении и. х свойств: разрушающего напряжения при изгибе, электрических показа­телей и др. Образцы изготавливают при различном времени от­верждения:, испытывают их н строят графическую зависимость изменения показателей во времени (рис 0.5). Минимальное время отверждения соответствует точке перегиба кривой. Про­верить качество отпрессованных изделий па правильность уста­новленного времени отверждения можно по степени от­верждения.

Степень отверждения определяют методом экстрагирования растворителем пеотверждепной части полимера и отпрессован­ном изделии. Анализ проводят в приборе Сокслета. Считается, что материал отвержден, если содержание растворимой части связующего составляет 5 -7%.

Наиболее полную технологическую характеристику реакто - пласта можно получить па приборе Капавца. Этот прибор поз­воляет определить: напряженно сдвига материала в вязкотеку­чем состоянии, продолжительность нахождения материала в ннзкотекучем состоянии (текучесть), время отверждения, з так­же зависимость этих характеристик or темпераry-pw и скорости сдвига.

Пластометр имеет вращающуюся от электродвигателя пресс - форму, состоящую из двух соосных цилиндрических деталей матрицы п штыря с рифлеными поверхностями для прочного сцепления с прессуемым образном. Пон прессовании образца гаиисывается кривая отверждения материала во времени (рис 9 4). Яри этом. на диаграмме можно выделить два участ­ка - участок кривой ОВ, соответствующий текучему состоянию материала, когда напряжение сдвига практически не меняется, и участок кривой ВС, соответствующий времени, при котором происходит химическая реакция отверждения. При этом угол наклона i| кривой характеризует скорость перехода материала и неплавкое и нерастворимое состояние

Время отверждения пресс-.материала в иластометре т„,в соответствует участку кривой ОС. т. е. равно времени от начала нагревания до достижения определенного напряжения сдвига о,.п.. Это напряжение для фенопластов должно составлять 5.88 ЛПа. а для ами. чонластов —3,92 МПа. Г1о времени от­верждения рассчитывается время выдержки при прессованна конкретного изделия. Напряжение сдвига н вязкотекучем со-

С, МП а.

I

■у?

“,ТГЧ

Ряс У.1 Ki'ima)'. югпсч iiKH с-oiep/K. ienmi.

■ill 'IJKUO.'IAllIC. IliKOOIn In. IK4K-KJ - НТО. IHMWHIH: hi гро. чилжмтолыкн-и. НрОГРКШШИ

Il'aKI. I'.H 'I, 111ГЧН ItlRl'pA.'.l-llllll vs ПфИи.%1 Ih. h-vii II ИЧ :.n->

• . i pvB-jj«Mя до ;:сл:. имении > ;n*.LMr; .тячрмлм напряжения эдикта оМ||,)

i’is *)5 Залпе’MtiL’rn i г иючоч kywu сое'юяиии ; *еч*

лературы

i :o>iiiHii o„. можно использовать для расчета пресс-формы или I'iijje делении зффектпвпой вязкости.

С повышением температуры напряжение сдвига в области иязкотекучего состояния уменьшается, процесс отверждении •:ачп::ае”ся раньше и протекает с более высокой скоростью Та­ким образом, изменяя температуру испытаний, можно проело..in, изменение скорости отверждения и продолжительности иязкотекучего состояния т„., во времени и предсказать повело пне пресс-материала при прессовании (см. рис. 9.1)

Зависимость г,,.- от температуры используется для опрело лопнк максимальной температуры предварительного нагрева ирест-материала перед прессованием Прн нагревании. матеоиа ля до высоких температур необходимо быстро загрузить его ч пресс-форму и сомкнуть ее. чтобы пе произошло преждевре­менного отверждения Суммарное время загрузки и смыкания (время формования тф) должно быть не больше продо. тжнтель - иосгп визкотекучего состояния :ь,. Исходя из зтого можно определить максимально допустимую температуру предвари тельного подогрева Т„р (рис. 9.5).

Кроме того, на пластометре можно получать данные для оасчета реологической кривой течении (угловая скорость мат­рицы со).

Таким образом, данный прибор позволяет определить пол­ную технологическую характеристику реактопластов. К недос - (яткам этого метода относится то обстоятельство, что отвержле мне пресс-матёриала происходит при деформировании; при этом межмолекулириые связи в макромолекулах полимера частично разрушаются. Это может привести к изменению киношки химн

ческой реакции и повлиять на время отверждения. При от верждепии изделий в пресс-форме сдвиг слоев отсутствуй!. Тем не менее этот прибор широко используется для исследова­тельских целей.

Реактопласты, как правило, выпускаются в виде частиц не правильной формы размером до 2,5 мм, получаемых при из­мельчении материалов в дробилках различного типа. Такие материалы очень неоднородны по гранулометрическому составу и содержат значительное количество пыли, что затрудняем и переработку. Поэтому реактопласты подвергают таблетгнои'а нню. т. е. как бы гранулируют. Применение грашлировапчы'' материалов при переработке, а также методы анализа грану..-, метрического состава описаны выше (см. гл. 2).

В последнее время гранулирование реактопластов приобре­тав г особое значение в связи с развитием метода их персон ботки - литьем под давлением, в котором очень важна точ­ность дозировки. Однако гранулирование термореактпапыч материалов затруднено, так как при нагревании возможна преждевременное их отверждение и потеря текучести. Поэтомч применяют механическое уплотнение при умеренных темпера­турах и увлажнении материала.

Под таблетируемостыо понимают способность пресс-мате риалов спрессовываться под действием давления и сохранять заданную форму. Таблетки чаще всего имеют цилиндрическую форму. Готовые таблетки должны выдерживать нагрузку при храпении и транспортировании. Таблетируемость пресс-мате­риалов зависит от гранулометрического состава, сыпучести, содержания влаги. Мелкодисперсные порошки имеют более раз­витую поверхность, поэтому чем меньше частицы порошка, тем выше прочность таблетки. С повышением влаги а материале таблетируемость улучшается. При таблетнрованин очень важен показатель сыпучести.

Сыпучесть — способность материала равномерно истекать через отверстие заданного диаметра: измеряется в г/с. Плохо сыпучие материалы быстро слеживаются и зависают на стен­ках бункеров, что приводит к неравномерному питанию табле!- машнн и других перерабатывающих агрегатов.

Для испытания па таблетируемость изготавливают таблеткч диаметром 20 мм и высотой 12—15 мм и проверяют разрушаю­щее усилие па испытательной машине па сжатие. Если изго­товленные таблетки не разрушаются под действием усилия Ь МПа, то считается, что пресс-материал обладает хорошей габлетнруемост-ыо.

Таблетируемость имеет большое практическое значение, так как позволяет увеличить плотность пресс-материала и умень­шить его объем. Таблетированный материал обладает повышен­ной теплопроводностью, что повышает производительность тру да, дает меньшие потери при загрузке н трапспортмрованим порошков, улучшает условия груда п состояние окружающей среды.

К объемным характеристикам относятся насыпная плотность, удельный объем, а также коэффициент уплотнения.

Насыпная п. н>тность р„ выражается массой единицы объема при свободном насыпа. ши материала н измеряется в кг/м!

Удельный объем '.л выражается объемом единицы массы ма

гериала при свободном его насыпапин и измеряется в м3/кг. Эти две характеристики взаимосвязаны между собой обратпо - проиорциогальпой зависимостью. Определение этих показате­лей проводится следующим образом. Пробу порошка через во ропку прибора ссыпают в измерительный цилиндр имеемн - мослыо '.00 смя. Избыток материала удаляют линейкой и ци­линдр с материалом взвешивают. Удельный объем и насыпную плотность рассчитывают по формулам

(9.1) рн-ш,/1',:. (9.2)

Где V',, in., - с1!»т;«ет:ет»р'И'но «бъек (в см'i а масса (з г) портика it измерь

тельном пзлнндре.

При нзмереппн удельного объема и насыпной плотности волокнистых материалов навеску укладывают в измерительный цилиндр и прижимают уплотняющим поршнем. По шкале поршня находят высоту навески и проводят расчет но указан­ным формулам Удельный объем для некоторых видов реакто пластов приведен ниже (в см3/г):

П|'есс-п<1|ц! шкн фенольные 1,-1-2,2

Волок-литы 4,0— 4.5

Лчи. кьыж-гы 2,5- 3,0

Коэффициент уплотнения представляет собой отношение плотности отформованного изделия к насыпной плотности ма­териала, т е. показывает насколько уплотнился материал в процессе формования изделий. Коэффициент уплотнения рас­считывают по формуле

—р.,/ри. (9.3)

где р. — плотность «тформотгниоги образна. г, см"; ,ы насыпная плотность материала. r/evA

Объемные характеристики зависят от илогпостн и формы частиц, гранулометрического состава, влажности и других фак­торов. В зависимости от этих показателей рассчитывают объемы загрузочных камер, бункеров, некоторые размеры перернба тыкающего оборудования, хранилища и т. д. При большом удельном объеме пресс материалов требуются загрузочные ка­меры больших размеров, что увеличивает их массу, металлоем

косы. и, следовательно, стоимость. Порошкообразные материа­лы с большим удельным объемом имеют плохую теплопровод­ность, поэтому время формования изделий увеличивается и производительность снижается.

Усадка термореактивных материалов зависит от природы полимера, химического состава и количества наполнителя, а также от условий предварительной подготовки материала и режима формования изделий. При прессовании усадка обуслов­лена процессами, происходящими в замкнутой пресс-форме: плавлением и сближением частиц композиции, уменьшением ее пористости, уплотнением расплава, превращением сто в мо­нолитную массу, отверждением связующего, выделением лету­чих продуктов и т. д

Процесс отверждения протекает во времени, поэтому чем больше время выдержки, тем полнее завершается химическая реакция и тем меньше усадка после извлечения изделия из формы.

Значительное изменение объема реактопластов прн прессо­вании происходи! сразу же после размыкания формы и извле­чения из нее изделия вследствие перепада температур. После­дующее изменение размеров изделия связано с охлаждением, которое происходит неравномерно, а следовательно, вызывает анизотропию усадки.

Анизотропию усадки для наполненных пресс-материалов можно объяснить различной ориентацией частиц наполнителя и связующего в момент заполнения формы под действием на пряжения сдвига. Следует учесть, что образцы из реакто­пластов после извлечения из пресс-формы охлаждают до ком­натной температуры под нагрузкой во избежание коробления и усадку определяют не раньше 16 ч и не позже 72 ч после прессования (см. гл. 2).

Данные о технологической (расчетной) усадке для некото­рых реактопластов (в %) приводятся ниже:

Фенопласты

иреее-порошки с органическим наполнителем 0,4—С,8

пресе-норошкн с минеральным ишюлшпелеч 0.3—0,6

волоки нты 0,3—0.8

асбоаолоклиты 0,2—0.6

стекловолокнпгы 0,1- 0,3

А. чинопласты 0,4—1,3

Содержание влаги и летучих веществ в реактопластах так­же оказывает большое влияние на процесс переработки и каче­ств!) получаемых изделий. При повышенной влажности увели чнваются время выдержки при отверждении и число подпрес - совок. повышается усадка, на изделиях появляются вздутия, разводы, трещины и т. д.

Влияние содержания влаги и летучих веществ на процесс переработки и качество готовых изделий, а также методы ана­лиза описаны выше (см, гл, 2),

Содержание влаги и летучих веществ в реактопластах опре­деляют весовым методом, а в пресс-порошках — также методом Дина и Старка. Этот метод основан на экстрагировании воды, содержащейся в пресс-порошке, растворителем (например, бензолом), не смешивающимся с водой. Содержание влаги в порошке (в %) рассчитывают по формуле

где. V— объем коды, мЩ m — навеска коротка, г.

Оптимальное содержание влаги для реактопластов состав­ляет 2,5—3,5%,

Оставить комментарий