Министерство образования и науки Российской Федерации
Саратовский государственный технический университет
ХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛИМЕРНЫХ
КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Рабочая программа,
методические указания и контрольные задания
для студентов специальности 240502.65
заочной формы обучения
Одобрено Редакционно-издательским советом Саратовского государственного технического университета |
Саратов 2009
ВВЕДЕНИЕ
Курс «Химия и технология полимерных композиционных материалов» (ПКМ) по учебному плану относится к дисциплинам специализации. Его целью является приобретение знаний, необходимых для выбора, создания и эксплуатации полимерных композиционных материалов (ПКМ).
Курс состоит из двух разделов: первый раздел курса – «Теоретические основы формования изделий из ПКМ», второй «Материалы со специальными свойствами». Для изучения студентами данного курса необходимо знание общепрофессиональной дисциплины «Химия и физика полимеров», а также спецдисциплин: «Технологии переработки полимеров», «Основы проектирования и оборудование предприятий по переработке полимеров».
Основное внимание в разделе «Теоретические основы формования изделий из ПКМ» уделяется изучению технологии совмещения наполнителей со связующим, получение изделий из термо - и реактопластов различными способами, обосновываются выбор и расчет основных технологических параметров.
В разделе «Материалы со специальными свойства» особое внимание уделяется изучению методов и принципов работы приборов и оборудования для оценки технологических свойств композиций и эксплуатационных свойств изделий.
Основной формой изучения курса является самостоятельная работа с литературой. Студенты также слушают обзорные лекции, выполняют контрольные задания, лабораторные работы и практические задания, расширяющие теоретический курс.
РАЗДЕЛ I
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПКМ
ТЕМА 1. СОВМЕЩЕНИЕ НАПОЛНИТЕЛЯ СО СВЯЗУЮЩИМ
Смешение компонентов. Назначение, стадии и модели процесса смешения. Диспергирование компонентов. Механохимия процесса смешения, статистические и экспериментальные методы оценки качества смешения и степени диспергирования.
Смешение сыпучих компонентов. Общая характеристика процесса. Оборудование для смешения сыпучих материалов: барабанные, центробежные, лопастные, бипланетарные, пневмосмесители. Смещение полимеров в вязко-текучем состоянии, роторные смесители.
Диспергирование и смешение в экструзионном оборудовании: введение в полимеры дисперсных и волокнистых наполнителей. Физическая сущность процесса.
Пропитка наполнителей. Выбор параметров пропитки. Машины для непрерывной пропитки.
Получение наполненных материалов по совмещенной технологии в непрерывном режиме. Механизированный электростатический процесс получения препрегов на порошковом связующем. Волоконная, технология. Полимеризационное и поликонденсационное наполнение.
Литература: [1,2,4,5,8,12,19,24].
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Как известно, ПКМ представляют собой сложные гетерофазные системы, состоящие из непрерывной фазы - матрицы, усиливающей фазы - наполнителя и функциональных технологических добавок. Поэтому совмещение компонентов является одной из важнейших технологических операций получения полимерной композиции и определяет однородность материала в изделии, равномерность распределения внутренних напряжений в процессе эксплуатации изделий и их работоспособность.
При изучении данной темы обратить внимание на механохимию процессов смешения и диспергирования для ограничения процессов механодеструкции. Выбор рационального способа смешения определяется агрегатным состоянием и соотношением ингредиентов, их физическими, технологическими свойствами, а также требованиями интенсификации процесса в сочетании с экологической безопасностью.
Перспективным и распространенным способом совмещения термопластичных полимеров с минеральными дисперсными и волокнистыми наполнителями является непрерывный экструзионный способ наполнения, обеспечивающий однородность материала в сочетании с большой производительностью и минимальной трудоемкостью.
Выбор способа грануляции определяется свойствами гранулируемого материала, требуемой формой гранул, производительностью и типом экструдера. Обратить внимание на способы введения армирующих волокнистых наполнителей в экструдер при получении гранулированных термопластов.
Обратить внимание и на аппаратурное оформление способов смешения и диспергирования.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Сформируйте сущность процесса смешения и диспергирования.
2. Чем отличаются гомогенизирующее и диспергирующее смешение, периодическое смешение от непрерывного?
3. Какие факторы обусловливают выбор способов смешения компонентов?
4. Объясните физическую сущность процессов смешения и диспергирования в экструзионном оборудовании.
5. Каким способом получают гранулированные дисперсно - и волокнона-полненные термопласты, реактопласты? Назовите основные стадии технологического процесса.
6. В каких случаях применяют холодную и горячую грануляцию?
7. Обоснуйте целесообразность введения армирующих волокон в расплав полимеров в экструдере.
8. Какими способами получают препреги и премиксы?
9. В чем заключается сущность электростатического процесса получения препрегов на порошкообразном связующем? Назовите основные стадии и преимущества способа.
10.Сформулируйте преимущества и недостатки пропитки наполнителей термореактивными и термопластичными связующими? Какие факторы определяют качество пропитки?
11.В чем преимущества и недостатки вертикальных и горизонтальных пропиточных машин? В чем заключается сущность волоконной технологии?
12.В каких случаях применяется полимеризационное и поликонденсационное наполнение? Назовите основные стадии технологического процесса.
13.В чем преимущества полимеризационного и поликонденсационного наполнения перед совмещением наполнителя и связующего смешением и пропиткой?
ТЕМА 2. ПЕРЕРАБОТКА ИЗОТРОПНЫХ ПКМ В ИЗДЕЛИЯ
Определение переработки. Разработка рецептуры. Классификация ПКМ по конструкционному признаку. Изготовление изделий из термопластов литьем под давлением. Требования к полимерам при литье под давлением. Технология литья под давлением. Структурообразование в процессе литья под давлением кристачлизующихся и аморфных термопластов. Взаимосвязь структуры и свойств. Выбор и расчет технологических параметров литья под давлением.
Особенности литья под давлением реактопластов.
Литература: [1-6,9,13,16,26].
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Переработка пластмасс включает получение материала, его подготовку к формованию, формование изделий и их последующую обработку с целью улучшения свойств. При изучении данной темы обратить внимание на принципы составления рецептуры композиций с учетом функционального назначения изделия и условий его эксплуатации. Рациональный выбор базовой марки полимерного материала базируется на знании технологических свойств материала, определяющих его поведение при переработке различными методами, и эксплуатационных свойств, определяющих работоспособность изделий.
Обратить внимание на различие процессов, протекающих в литьевой форме, при переработке реакто - и термопластов. Выбор температурного режима литья обусловлен температурами плавления, деструкции полимеров, технологическими свойствами полимерных композиций и эксплуатационными свойствами изделий. Процессы пластикации в цилиндре ТПА определяются в основном теплофизическими свойствами полимеров: температуропроводностью, теплопроводностью, теплоемкостью, температурой плавления и деструкции, насыпной плотностью, гранулометрическим составом. Реологические свойства расплава и скорость его охлаждения
влияют на формирование структуры материала и свойства изделия. На процессы структурообразования существенно влияют технологические параметры формования изделий, температура расплава и формы, давление, скорость и напряжение сдвига при течении, скорость охлаждения изделия.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1.Какие факторы определяют выбор ПКМ для изготовления и эксплуатации изделий?
2.Какие признаки заложены в основу классификации ПКМ?
3.Какими методами получают изделия из изотропных и анизотропных ПКМ?
4.Почему процесс литья под давлением является циклическим? Назовите основные стадии процесса.
5.Назовите различия в физико-химических процессах, протекающих при формовании литьевых изделий из термо-и реактопластов.
6.Какие требования предъявляются к термопластичным и термореактивным материалам для переработки литьем под давлением?
7.Как влияют параметры процесса литья под давлением на структуру и свойства изделий из аморфных и кристаллизующихся термопластов, реактопластов?
8.Почему возникает анизотропия в литьевых изделиях из реактопластов, и каким способом можно ее уменьшить?
9.Сформулируйте причины появления усадки при литье термопластов и реактопластов.
ТЕМА 3. ПРЕССОВАНИЕ
Прямое прессование. Классификация: по состоянию материала при температуре переработки, по скорости приложения давления, по направлению создания давления. Твердофазное прессование - таблетирование: закономерности процесса, эпюры распределения сжимающих усилий. Оборудование для таблетирования волокнистых пресс-материалов и сыпучих пресс-порошков. Предварительный нагрев пресс-композиций. Физико-химические основы способа прессования. Основные стадии процесса прессования. Технологические параметры прессования. Прессование термопластов. Литьевое прессование реактопластов.
Литература: [2-11].
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
При изучении данной темы обратить внимание на сущность физико-химических основ процессов прессования реакто-и термопластов.
Повышение эффективности процесса прессования во многом связано с особенностями исходных материалов - таблетирования и предварительного нагрева.
Основными технологическими параметрами компрессионного и литьевого прессования являются температура и продолжительность предварительного нагревания, температура прессования, удельное давление прессования и время выдержки под давлением. Все технологические параметры зависят от технологических свойств перерабатываемых пресс-материалов, типа и размера изделий, взаимосвязаны между собой и влияют на свойства изделий. Так, с ростом текучести пресс-материала и температуры формы давление понижается. При выборе температуры следует учитывать скорость отверждения пресс-материала. В свою очередь температура пресс-формы определяет продолжительность отверждения и структуру полимерной сетки.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. С какой целью осуществляют таблетирование термореактивных пресс-композиций?
2. Какие факторы определяют таблетируемость пресс-композиций?
3. Чем обусловлен выбор способа предварительного нагрева таблетированного материала? С какой целью он проводится?
4. Для каких изделий целесообразно применять прямое прессование? Какие требования предъявляются к технологическим свойствам исходных материалов?
5. Перечислите основные операции процесса прессования.
6. В каких случаях осуществляют подпрессовку?
7. В чем заключается разница в процессах прессования термореактивных и термопластичных материалов?
8. Назовите основные технологические параметры процесса прессования и рекомендации по их выбору.
9. Как изменяется давление в пресс-форме в цикле прессования материала без преднагрева и при подогреве ТВЧ?
10.Назовите преимущества и недостатки методов прямого и литьевого прессования.
11.В чем заключается принципиальное различие методов прямого и литьевого прессования? Сравните технологические параметры этих методов.
12.Обоснуйте выбор марки реактопластов для переработки методом литьевого прессования.
ТЕМА 4. ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ С АНИЗОТРОПИЕЙ СВОЙСТВ
Контактное формование. Формование намоткой. Классификация методов намотки. Основные стадии и параметры технологического процесса. Пропитка под давлением. Автоклавное и вакуумное формование. Сборка технологического пакета. Параметры процесса. Оборудование.
Литература: [1-7,13,17,21,22,26].
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Эти методы предназначены для формования крупногабаритных изделий с использованием в качестве армирующих наполнителей тканей, лент и жгутов из стекло-, углеродных и базальтовых волокон. Связующими служат эпоксидные, полиэфирные, модифицированные фенольные и эпоксифенольные смолы и термопластичные связующие, не требующие высоких давлений.
Выбор оптимальных технологических параметров формования, определяющих качество изделий, осуществляется с учетом следующих факторов: свойств исходных полуфабрикатов, размеров, геометрии изделия и оснастки, особенностей применяемого оборудования. Прочность изделий во многом зависит от способа укладки препрегов и схемы армирования. Наиболее ответственной операцией при изготовлении намоточных изделий является пропитка наполнителя связующим, которая зависит от вязкости связующего, его смачивающей способности, структуры армирующего материала и его натяжения. Структура и прочность намоточных изделий определяется видом, объемной концентрацией армирующего материала и его расположением в полимерной матрице.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Сравните основные технологические операции контактного, автоклавного и вакуумного формования.
2. Как зависят свойства изделий от типа наполнителя, связующего и их соотношения?
3. В чем заключаются сущность, преимущества и недостатки метода намотки?
4. Сравните сухой и мокрый метод намотки.
5. Какая существует взаимосвязь схемы укладки наполнителя при намотке с прочностью изделий?
6. Обоснуйте выбор технологических параметров намотки.
7. Какими приемами можно снизить остаточные напряжения в намоточных изделиях?
8. Назовите основные элементы намоточного оборудования.
ТЕМА 5. ФОРМОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЛИСТОВЫХ ТЕРМОПЛАСТОВ
Требования к полимерам. Значение, сущность и физико-химические основы методов термоформования: пневмо-и вакуумного формования. Технология формования: закрепление и нагревание листовой заготовки, предварительная вытяжка листов, формование изделия; охлаждение изделия.
Пневмоформование: свободное выдувание, пневмоформование в матрицу. Вакуум-формование: в матрицу, на пуансоне, с вытяжкой. Формование на поточных линиях.
Литература: [1-6.20.24].
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
При изучении данной темы обратить внимание на требования к свойствам исходных листовых термопластов.
Выбор способа термоформования определяется толщиной заготовки, требованиями к качеству поверхности изделия и его разнотолщинности.
Ответственной операцией, определяющей длительность цикла и качество изделия, является нагрев листовой заготовки, который зависит от вида и мощности нагревателя, толщины листа, природы и теплоемкости полимера. Оптимальная температура нагрева заготовки соответствует предельной деформационной способности полимера, обеспечивает минимальные внутренние напряжения и стабильность размеров, исключает провисание листов и высокие давления формования.
Время охлаждения изделий зависит от температуры формы, толщины стенки изделий, теплопроводности полимера.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Сформируйте преимущества и недостатки методов термоформования и литья под давлением. Сравните физико-химические основы этих методов.
2. Назовите основные стадии процесса термоформования и обоснуйте параметры технологического режима.
3. Чем обусловлен выбор способа нагрева листовой заготовки, и какова продолжительность нагрева?
4. Как можно уменьшить количество технологических отходов?
5. Назовите разновидности способов термоформования.
ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Основы технологии переработки пластмасс / под ред. , . – М.: Химия, 2004. – 600 с.
2. Переработка пластмасс / О. Шварц, Ф.-В. Эбелинг, Б. Фурт: пер. с нем. – СПб.:Профессия, 2005. – 320 с.
3. Володин профильных изделий из термопластов / . – СПб.:Профессия, 2005. – 350 с.
4. Производство изделий из полимерных материалов / , , ; под ред. . – СПб.: Профессия, 2004. – 464 с.
5. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология / , , [и др.]; под ред. . – СПб: Профессия, 2008. – 560 с.
6. Панова , технология и оборудование переработки ПКМ методами прессования и литья под давлением: учеб. пособие / , , . – Саратов: СГТУ, 2001. – 119 с.
7.
Дополнительная
8. Швецов переработки пластических масс / , , . – М.:Химия, 1983. – 304 с.
9. Бортников технологии переработки пластмасс / . - Л.: Химия, 19с.
10.Энциклопедия полимеров. В 3 т. – М.:Советская энциклопедия. Т.1 (1972); Т.2 (1974); Т.3 (1977).
11.Способы, технология и оборудование переработки ПКМ методом прессования: учеб. пособие / , . – Саратов:Сарат. гос. техн. ун-т, 2001. – 48 с.
12.Основы технологии высокоэффективных Магнитопластов: учеб. пособие / , , . - Саратов:Сарат. гос. техн. ун-т, 2001. – 48 с.
13.Рециклинг вторичных полимеров: учеб пособие / , , [и др.]. - Саратов:Сарат. гос. техн. ун-т, 2000. – 22 с.
14.Литье изделий под давлением: МУ к лабораторной работе / Л. г.Панова, , . - Саратов:Сарат. гос. техн. ун-т, 2003. – 12 с.
15.Прессование реактопластов: МУ к лабораторной работе / Л. г.Панова, , . - Саратов:Сарат. гос. техн. ун-т, 2007. – 10 с.
16.Периодические издания: Пластические массы, Полимерные материалы, РЖ «Химия», информационный сборник «Международные новости мира пластмасс», Композитный мир.
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
Вариант 1
1. Смешение компонентов. Назначение процесса. Статистические критерии качества. Диспергирование компонентов. Механохимия процессов смешения. Экспериментальные методы оценки качества и степени диспергирования.
2. Литьевое прессование. Особенности технологии. Технологическая схема. Прессование на автоматических линиях. Расчет технологических параметров прессования: температуры преднагрева, температуры формы, времени выдержки под давлением, давления, продолжительности.
3. Особенности литья под давлением аморфных термопластов.
4. Покажите, в чем преимущества и недостатки методов пневмо-и вакуум-формования по сравнению с литьем под давлением. Какие изделия выгоднее изготавливать в том и другом случае?
Вариант 2
1. Смешение сыпучих компонентов. Общая характеристика процесса. Принцип действия оборудования для смешения сыпучих материалов: барабанные смесители без перемешивающих устройств, с перемешивающими устройствами, центробежные смесители, лопастные смесители, бипланетарные смесители, пневмосмесители. Механохимия процессов смешения.
2. Изготовление изделий из термопластов литьем под давлением. Требования к полимерам. Технология литья. Изменение давления в процессе литья. Параметры процесса и их расчет.
3. Объясните, к каким дефектам изделий может привести неравномерный нагрев литьевой заготовки при изготовлении изделий из листовых термопластов.
4. Укажите способы интенсификации процесса прямого прессования.
Вариант 3
1. Диспергирование и смешение в экструзионном оборудовании. Введение в полимерные связующие дисперсных и волокнистых наполнителей. Смешение в вязкотекучем состоянии - физическая сущность процесса.
2. Прямое прессование. Стадии процесса. Нагрев полимерных материалов. Способы преднагрева. Влияние нагрева на параметры переработки. Технологические параметры процесса. Расчет параметров: температуры преднагрева, температуры формы, времени выдержки под давлением, давления, продолжительности.
3. Какие температуры необходимо поддерживать в форме при получении изделий из термопластов литьем под давлением? Объясните на примере
4. Как избежать или значительно снизить негативный эффект разнотолщинности стенок изделия, получаемого из литьевых термопластов?
Вариант 4
1. Получение наполненных материалов по совмещенной технологии в непрерывном режиме. Механизированный электростатический процесс получения препрегов на порошковом связующем. Волоконная технология.
2. Вакуумное и автоклавное формование. Стадии процесса. Сборка технологического пакета. Параметры процесса. Оборудование.
3. Каковы особенности технологии изготовления глубоких изделий из листовых термопластов? Приведите схему процесса.
4. Какими преимуществами и недостатками может обладать таблетируемый пресс-материал? Как устроить или свести к минимуму эти недостатки?
Вариант 5
1. Твердофазное прессование (таблетирование). Закономерности процесса, эпюры распределения сжимающих усилий. Схемы прессов таблетирования пресс-порошков. Схемы прессования волокнонаполненных реактопластов и применяемое оборудование.
2. Литье под давлением реактопластов. Особенности процесса, технология процесса. Параметры процесса и их расчет.
3. Объясните, откуда в прессуемом, хорошо высушенном, материале берется влага, почему образуются летучие, резко ухудшающие качество готовых изделий? Как можно этого избежать?
4. Одним из недостатков процесса получения изделий из листовых термопластов является сложность нагрева толстых (~ 6 мм) листов. Предложите способ, ведущий к снижению продолжительности нагрева и улучшению равномерности.
Вариант 6
1. Гранулирование и таблетирование полимерных композиций. Назначение процессов. Преимущества переработки гранулированных и таблетированных материалов. Оборудование для гранулирования и таблетирования.
2. Формование изделий намоткой. Классификация методов намотки. Оборудование для намотки. Классификация по рисунку укладки: окружная, продольная, спиральная, комбинированная (схемы и особенности).
3. Приведите конкретные примеры и объясните, какие изделия выгоднее изготавливать прямым прессованием, а какие литьевым прессованием?
4. Изделия получают с недопрессовкой, хотя навеска пресс-порошка выбрана правильно. В чем причина дефекта, как ее устранить?
Вариант 7
1. Изготовление изделий методом намотки. Методы намотки. Параметры намотки. Пропитка под давлением - мокрая намотка.
2. Формование изделий из листовых термопластов. Общие понятия. Технология формования: закрепление заготовки, нагрев и способы нагрева, предварительная вытяжка листов. Формование изделий пневмоформо-ванием. Охлаждение изделий.
3. Какие факторы и параметры технологического режима могут привести к недоливу изделий при получении их литьем под давлением? Что надо предпринять для устранения этого дефекта?
Вариант 8
1. Изготовление изделий литьем под давлением. Технология литья. Особенности литья под давлением кристаллизующихся полимеров.
2. Формование изделий прямым прессованием. Стадии процесса. Нагрев полимерных материалов. Способы преднагрева. Влияние преднагрева на параметры переработки. Технологические параметры. Расчет параметров: температуры преднагрева, температуры формы, времени выдержки под давлением, давления, продолжительности.
3. Покажите, в чем преимущества и недостатки методов изготовления изделий из листовых термопластов термоформованием (пневмо-вакуум-формованием), по сравнению с литьем под давлением.
4. Литье под давлением реактопластов все еще не получило широкого распространения. Укажите причины такого ограниченного применения.
Вариант 9
1. Формование изделий из листовых термопластов. Общие понятия. Технология формования: закрепление заготовки, нагревание листовой заготовки (способы преднагрева), предварительная вытяжка листов, формование изделий методами вакуум-формования. Охлаждение изделий.
2. Изготовление изделий из термопластов литьем под давлением. Требования к полимерам при литье под давлением. Технология литья под давлением. Параметры процесса и их расчет.
3. В чем вы видите преимущества и недостатки переработки термореактивных пресс-материалов методом литья под давлением? Обоснуйте ваше решение.
4. Укажите способы интенсификации процесса прямого прессования.
Вариант 10
1. Получение пенопластов. Способы введения газовой фазы в полимерную матрицу. Свойства пенопластов. Оборудование.
2. Формование изделий намоткой. Классификация методов намотки. Оборудование для намотки. Классификация по рисунку укладки: окружная, продольная, спиральная, комбинированная. Параметры намотки.
3. Изменяется ли температура расплава и как именно при течении его через сопло и литниковые каналы при изготовлении изделий литьем под давлением?
4. Объясните, какие изделия выгоднее получать прямым прессованием, а какие - литьевым. Обоснуйте ваше решение.
Вариант 11
1. Получение изделий из листовых термопластов. Общие понятия. Технология формования: закрепление заготовки, нагревание листовой заготовки, предварительная вытяжка листов, формование изделий пневмо-формованием. Охлаждение изделия.
2. Литьевое прессование. Особенности технологии. Технологическая схема. Расчет технологических параметров прессования: температуры преднагрева, температуры формы, времени выдержки под давлением, давления, продолжительности.
3. Особенности переработки реактопластов методом литья под давлением.
4. Какими преимуществами и недостатками может обладать таблетированный материал, как устранить или свести к минимуму недостатки?
Вариант 12
1. Смешение компонентов. Назначение процесса. Статистические критерии качества смешения. Диспергирование компонентов. Механохимия процесса смешения. Экспериментальные методы оценки качества и степени диспергирования.
2. Переработки термопластов методом прямого прессования. Технология. Параметры процесса и их расчет.
3. От каких факторов и параметров зависит выбор температуры при изготовлении изделий термоформованием (пневмо - или вакуум-формованием)?
4. Какие факторы в процессе литья под давлением позволяют считать этот способ получения изделий наиболее прогрессивным?
Вариант 13
1. Гранулирование и таблетирование полимерных композиций. Назначение процесса. Технология. Преимущества переработки гранулированных и таблетированных материалов. Оборудование.
2. Вакуумное и автоклавное формование. Стадии процесса. Сборка технологического пакета. Параметры процесса. Оборудование.
3. Объясните, какой необходимо поддерживать оптимальный температурный режим в форме при переработке аморфных полимеров методом прямого прессования. Приведите примеры, поясняющие ваше решение.
4. Взаимосвязь структуры и свойств при переработке кристаллизующихся термопластов методом литья под давлением.
Вариант 14
1. Пропитка наполнителей связующим. Выбор параметров пропитки. Машины для непрерывной пропитки.
2. Изготовление изделий из термопластов литьем под давлением. Требования к полимерам при литье под давлением. Технология литья. Параметры процесса.
3. Интенсификация процесса прямого прессования.
4. Как избежать неравномерности нагрева листовой заготовки? Параметры нагрева.
РАЗДЕЛ II
МАТЕРИАЛЫ СО СПЕЦИАЛЬНЫМИ СВОЙТСВАМИ
ТЕМА 1. КОМПОЗИТЫ С ФРИКЦИОННЫМИ И АНТИФРИКЦИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ
Преимущества полимеров как антифрикционных материалов. Материалы на основе политетрафторэтилена: КМ с матрицей из ПТФЭ, ПКМ с ПТФЭ в качестве наполнителя.
Реактопласты, наполненные ПТФЭ. Композиции на основе пористых металлов, пропитанных ПТФЭ. Антифрикционные материалы, работающие в воде и др. средах. Полиформальдегидные покрытия по стали, покрытия на основе полифениленсульфида. Фрикционные ПКМ.
Литература: [1,12]
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Под внешним трением понимают процессы, происходящие в подвижных сопряжениях технических устройств при относительном движении их кинематических звеньев. Фрикционные материалы используются для прекращения движения (тормозные системы), а также при передаче движения трением (муфты сцепления, ременные и фрикционные передачи)и при создании разъемных соединений (резьбовые детали).
Антифрикционные материалы используются при создании подшипников качения и скольжения, винтовых и резьбовых передач, то есть во всех установках, предназначенных для поддержания движения.
Одной из основных характеристик является коэффициент трения.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Что такое фрикционные и антифрикционные материалы?
2. Требования к полимерным материалам при создании ПКМ фрикционного назначения?
3. Что относится к параметрам трения?
4. Виды трения?
5. Какие требования предъявляются к антифрикционным материалам?
6. В чем достоинства полимеров как антифрикционных материалов?
7. В чем преимущества политетрафторэтилена при создании антифрикционных материалов?
ТЕМА 2. ВСПЕНЕННЫЕ ПОЛИМЕРЫ
Структурные особенности. Жесткие и эластичные. Способы введения газообразующей фазы. Газообразователи: химические и физические.
Параметры структуры вспененных материалов. Технология и оборудование получения вспененных полимеров из термо - и реактопластов.
Теплофизические свойства пенополимеров: теплопроводность теплоемкость, теплостойкость, диэлектрические свойства и их взаимосвязь с природой полимера, структурой и возможность регулирования свойств. Прочностные свойства пенополимеров.
Литература: [1,3,5-7,22]
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Композиты, содержащие в составе газовую фазу, называются газосодержащими или газонаполненными. Для них характерны низкая плотность, хорошие тепло - и звукоизоляционные свойства и их используют для снижения массы изделия; тепло-, хладо - и звукоизоляции, амортизации и вибродимпфирования; фильтрации, разделения и поглощения жидкостей и газов; скрепления сыпучих материалов, для удержания влаги в почве, декоративной отделки, упаковки и т. д.
Основой структуры газосодержащих материалов является газоструктурный элемент, состоящий из собственно газовой ячейки, а также стенок и ребер из полимерной фазы. В качестве полимерной матрицы можно использовать как термо-, так и реактопласты. Газообразователи могут быть физическими – это собственно газы или вещества, выделяющие газы при испарении, десорбции, протекающих при повышении температуры или понижении давления, так и химическими – это вещества и их смеси, выделяющие газы в результате процессов термического разложения – порофоры или химических реакций взаимодействия компонентов композиции.
Свойства вспененных материалов определяются сформированной структурой.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Какие виды вспененных структур можно получить и от чего это зависит?
2. Что такое жесткие и эластичные пенополимеры?
3. Что используется в качестве физических газообразователей?
4. Что используется в качестве химических газообразователей?
5. Что является параметрами структур вспененных материалов?
6. Какими способами вводят газообразователи в полимерную среду?
7. В чем заключается механическое вспенивание?
8. В чем заключается метод насыщения газом расплавов полимеров?
9. Объясните метод получения вспененных материалов с использование экструдеров и литьевых машин?
10. Как выполняется введение легкокипящих жидкостей в полимеры?
11. Как получить вспененные материалы из термореактивных полимеров?
12. Зависимость коэффициента теплопроводности от кажущейся плотности?
13. Теплостойкость вспененных материалов?
14. Зависимость механических свойств вспененных материалов от кажущейся плотности?
ТЕМА 3. АКУСТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Основные акустические характеристики. Виды виброшумопоглощающих материалов. Акустическая усталость. Акустическая дефектоскопия. Практика неразрушающего контроля.
Литература: [1,12]
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Под акустическими принято понимать материалы, предназначенные для поглощения акустической энергии в спектре частот от инфразвуковых до ультразвуковых. В этом диапазоне находятся и вибрационные колебания, отличающиеся главным образом амплитудой. В связи с эти акустические материалы нередко называют виброзвукопоглощающими (ВЗП).
Применение полимеров для получения ВЗП материалов основана на наличии в полимерах верхних (пластических) и упругих свойств. В качестве полимерной матрицы в ВПЗ используют поливинилацетат, полиметил(алкил)акрилаты, полисилоксаны, каучуки, ПВХ, полиуретаны, олигоэфиракрилаты. В качестве наполнителей используются графит, сажа, диспергированная слюда, дисперсный диатомит. В качестве ВПЗ материалов используются пеноматериалы
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Приведите основные акустические характеристики?
2. Почему в качестве ВПЗ используются мастики или слоистые конструкции?
3. Какие виды полимеров используются в качестве связующего?
4. Как создать конструкцию ВПЗ материала?
5. Акустическая дефектоскопия в практике неразрушающих испытаний?
ТЕМА 4. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ
Диэлектрические свойства композитов, характеристики свойств и методы определения. Физический смысл показателей и их взаимосвязь со структурой (молекулярной, надмолекулярной, топологической).
Классификация полимеров по электропроводности. Механизмы проводимости. Наполнители: дисперсные и волокнистые (металлические, металлизированные волокна). Основные свойства электропроводящих композитов. ПКМ с магнитными свойствами.
Литература: [1,2,8-10,12,20]
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Полимеры обладают высокими показателями диэлектрических свойств, что делает из незаменимыми в производстве изолирующих материалов. Вместе с тем по мере расширения областей их использования стало очевидным, что высокие диэлектрические показатели в некоторых случаях нежелательны, так как могут быть причиной взрыва в результате разряда статического электричества при применении полимеров во взрывоопасных цехах или при транспортировке порошкообразных продуктов, газов.
Создание электропроводных композитов или материалов с антистатическими свойствами достигается введением наполнителей. Основными факторами, влияющими на электропроводность, являются природа наполнителей, их геометрические размеры и содержание их в составе композита
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Как классифицируются полимерные материалы в зависимости от величины rn?
2. В чем сущность методов определения rn, rs, tg d, E?
3. Каков механизм проводимости в ПКМ наполненных дисперсными электропроводными наполнителями?
4. В чем преимущества волокнистых наполнителей перед дисперсными при создании электропроводных материалов?
5. Какие волокна используются при создании электропроводных ПКМ?
6. Как получить металлизированные волокна?
7. Виды структур полученных при введении наполнителей в матрицы?
8. Как влияет взаимодействие между наполнителем и связующим на формирование из частиц наполнителя сетки и ее устойчивости к разного вида воздействиям?
9. Как зависит проводимость от числа контактов, приходящихся на одну частицу?
ТЕМА 5. ГОРЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ
Многостадийность процесса горения. Химические процессы при горении. Пути снижения горючести. Способы снижения горючести. Показатели горючести. Их физический смысл и методы определения. Кислородный индекс как критерий воспламеняемости полимеров и его взаимосвязь с химическим строением полимеров. Механизмы снижения горючести фосфор-, азот-, галогеносодержащими соединениями. Синергизм действия замедлителей горения. Основные принципы выбора способов снижения горючести полимеров различных классов.
Литература: [1,4,10,12-15]
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Наряду с множеством положительных свойств большинство полимеров относится к горючим материалам, что существенно сужает области их применения. Поэтому понимание процессов горения и коксообразования и возможностей управления этими процессами является одной из задач стоящих перед инженерами
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМООБРАЗОВАНИЯ
1. Какими показателями можно охарактеризовать горение полимеров?
2. В чем заключается определение группы горючести методом «керамическая труба»?
3. Как различаются материалы по дымообразующей способности?
4. При каких условиях возникает процесс горения?
5. Что представляет собой цикл горения?
6. Как подразделяются полимеры по коксообразующей способности?
7. Каковы пути снижения горючести полимеров?
8. Какие соединения относятся к замедлителям горения (ЗГ)?
9. В чем заключается механизм действия фосфорсодержащих ЗГ?
10. В чем заключается механизм действия галогенсодержащих ЗГ?
11. В чем заключается механизм действия азотсодержащих ЗГ?
12. Взаимосвязь показателя воспламеняемости – кислородного индекса с химическим строением полимеров?
ТЕМА 6. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПКМ
Теплофизические свойства ПКМ. Абляция, Тепловое расширение, возможность его регулирования. Тепловое расширение изотропных, анизотропных КМ и с ориентацией наполнителя под углом к главному направлению. Теплопроводность и расчет теплопроводности. Теплоемкость и ее взаимосвязь с составом. Методы определения. Деформационная теплостойкость и термостойкость, взаимосвязь с составом и структурой и методы определения. Морозостойкость.
Литература: [1,2]
МЕТОДИЧЕНСКИЕ УКАЗАНИЯ
К теплофизическим свойствам композитов относятся: теплопроводность, термический коэффициент расширения, тепло - и термостойкость, удельная теплоемкость, огнестойкость.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Что такое абляция? Как оцениваются теплозащитные свойства КМ?
2. От чего зависит анизотропия теплопроводности?
3. Каковы величины коэффициентов теплопроводности наполнителей и полимерных матриц?
4. Как рассчитать коэффициенты линейного и объемного расширения?
5. Какова взаимосвязь физического строения полимера с тепловым расширением?
6. Что такое температура структурного стеклования?
7. По какому механизму происходит тепловое расширение аморфно-кристаллических полимеров?
8. Как влияет плотность сшивки реактопластов на тепловое расширение?
9. В чем особенности теплового расширения дисперснонаполненных композитов?
10. Что характеризует коэффициент тепмпературопроводности?
11. Что такое термостойкость и как определить начальную температуру деструкции?
12. Что такое теплостойкость и методы ее определения?
ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. и др. Технические свойства полимерных материалов. СПб. Профессия. 2005.-650 c.
2. , , и др. Полимерные композиционные материалы / Под ред. , СПб. Профессия. 20с.
3. Д. Клемпнер, В. Сенджаревич. Полимерные пены и технологии вспенивания. СПб. Профессия. 2008. – 600 с.
4. . Термоустойчивые полимеры и полимерные материалы. СПб. Профессия, 2006. – 624 с.
Дополнительная
5. , Шустов на основе реакционноспособных олигомеров. М.: Химия. 1978. – 296 с.
6. Электрические свойства полимеров / Под. ред. . Л.: Химия. 1986. – 224 с.
7. Энциклопедия полимеров. М.: Советская энциклопедия. 1972. Т.1-3.
8. , Заиков полимерных материалов М.:Наука. 1981. – 280 с.
9. Промышленные полимерные композиционные материалы/Под ред. П.Г. Бабаевского, М.:Химия. 1980. – 472 с.
10.Полимерные материалы пониженной горючести / Под. ред. Праведникова. М.:Химия. 1986. – 224 с.
11., Берлин макрокинетики пиролиза полимеров // Успехи химии. 1983.-т.52.-№12.-С..
12. ПКМ пониженной горючести, армированные химическими волокнами // Успехи химии. Т.53.-вып.8.-С..
13.Основы технологии переработки пластмасс / Под ред. , . М.:Химия. 2004. – 600 с.
14.Гурова контроль производства изделий из пластмасс. М.: Высшая школа. 1991. – 255 с.
15.Журналы: «Пластические массы», «Высокомолекулярные соединения», «Успехи химии».
16.Лущейкин исследования электрических свойств полимеров. М.: Химия. 1988. – 166 с.
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
На титульном листе должны быть указаны название курса и раздела, фамилия и инициалы студентов, личный шифр, номер специальности, домашний (почтовый) адрес.
В конце работы следует дать список литературы, оформленный по стандартным правилам, а по тексту работы - ссылки на литературу.
Работа должна быть подписана студентом с указанием даты выполнения работы.
Работа должна быть выполнена и выслана на кафедру в срок, указанный в плане-графике.
Не зачтенные работы возвращаются на доработку.
Студенты не допускаются к экзамену в случае не зачтенной работы.
До выполнения работы необходимо найти нужные разделы в данных методических указаниях, изучить литературу, ответить на вопросы для самопроверки, а затем сформулировать и изложить четкие, конкретные и исчерпывающие ответы на поставленные вопросы.
Варианты распределяет преподаватель на установочном занятии.
Вариант 1
1. Тепловое расширение композитов. Коэффициенты линейного и объемного теплового расширения. Тепловое расширение аморфных полимеров.
2. Фрикционные материалы. Сила трения. Износ. Параметры трения и износа. Требования, предъявляемые к полимерам, используемым в узлах трения. Виды трения. Области применения фрикционных материалов.
3. Процесс горения. Схема процесса. Характеристики пожаробезопасных свойств полимеров и методы из определения. Пути снижения горючести полимеров.
Вариант 2
1. Тепловое расширение композитов. Тепловое расширение аморфных, кристаллических и аморфно-крислталлических полимеров. Особенности теплового расширения сетчатых полимеров.
2. Антифрикционные материалы. Преимущества политетрафторэтилена используемого в качестве матрицы и наполнителя при создании антифрикционных материалов.
3. Параметры структуры вспененных материалов. Виды вспененных структур. Взаимосвязь структуры и свойст вспененных материалов. Способы введения газообразователей. Области применения вспененных материалов.
Вариант 3
1. Теплопроводность. Температуропроводность. Взаимосвязь с параметрами переработки. Методы расчета абляции и ее взаимосвязь с химической природой наполнителя.
2. Электропроводные ПКМ с дисперсными и волокнистыми наполнителями. Механизм проводимости в ПКМ. Основные свойства электропроводимых композитов.
3. Акустические материалы. Основные акустические характеристики. Области применения акустических материалов.
Вариант 4
1. Особенности теплового расширения аморфных, кристаллических, аморфно-кристаллических и дисперснонаполненных полимеров.
2. Структура пеноматериалов. Основные парметры структуры. Взаимосвязь структуры вспененных композитов со свойствами. Области применения вспененных материалов.
3. Методы изучения пожароопасных свойств полимеров (керамическая труба, кислородный индекс, дымообразование) и оценка пожароопасных свойств материалов по данным этих методов.
Вариант 5
1. Теплоемкость полимеров и ее взаимосвязь со структурой. Тепло - и температуропроводность и их взаимосвязь с параметрами переработки.
2. Схема процесса горения полимеров. Пути снижения горючести композитов. Взаимосвязь показателя воспламеняемости – кислородного индекса с химическим составом полимеров.
3. Акустические материалы. Основные акустические характеристики. Области применения акустических материалов.
Вариант 6
1. Тепловое расширение сетчатых полимеров и его взаимосвязь с плотностью сшивки. Возможности регулирования теплового расширения.
2. Характеристики диэлектрических свойств композитов Способы создания композитов с антистатическими и электропроводными свойствами.
3. Акустическая дефектоскопия в практике неразрушающего контроля композитов.
Вариант 7
1. Структура и свойства пенополимеров: теплопроводность, теплоемкость, диэлектрические свойства, физико-механические свойства и их взаимосвязь с природой полимера и структурой.
2. Классификация полимеров по электропроводности. Свойства электропроводных ПКМ. Механизмы проводимости.
3. Взаимосвязь показателя воспламеняемости – кислородного индекса с химическим составом и структурой полимера.
Вариант 8
1. Тепло - и тепмературопроводность. Расчет коэффициента тепловроводности полимеров, дисперснонаполненных композитов, в том числе по уравнению Нильсена. Определение коэффициента температуропроводности.
2. Вспененные полимеры. Параметры структуры. Типы структур. Физические газообразователи и методы их введения в полимерные матрицы.
3. Способы снижения горючести полимерных композитов. Замедлители горения. Механизмы действия фосфор-, азот - и галогенсодержащих замедлителей горения
Вариант 9
1. Удельная теплоемкость Виды теплоемкостей. Тепловое сопротивление. Теплостойкость. Методы определения. ю Достоинства и недостатки методов определения теплостойкости. Теплостойкость сетчатых полимеров.
2. Химические и физические газообразователи и методы их введения в полимерные композиции.
3. Акустические материалы. Основные акустические характеристики.
Вариант 10
1. Многостадийность процесса горения. Основные пути сниджения горючести. Способы определения пожароопасных свойств композитов.
2. Тепло - и термостойкость полимеров. Методы их определения. Преимущества и недостатки методов определения теплостойкости по Мартенсу и по Вика.
3. Материалы с фрикционными свойствами. Области применения. Основные требования, предъявляемые к полимерным материалам. Показатели свойств фрикционных материалов.
Вариант 11
1. Термостойкость. Методы определения. Анализ кривых TG, DTG и DTA. Морозостойкость.
2. Пенополимеры. Структура вспененных материалов и ее параметры. Свойства пенополимеров и их взаимосвязь со структурой. Области применения пенополимеров.
3. Электропроводны ПКМ на основе дисперсных наполнителей. Механизмы проводимости. Создание цепочечных структур. Свойства электропроводных ПКМ. Области применения.
Вариант 12
1. Пожароопасные свойства полимеров (температуры воспламенения, самовоспламенения, тления) и методы их определения. Опреденение групп горючести полимеров по методу «керамическая труба». Способы снижения горючести.
2. Получение металлизированных и инклюдированных волокон. Создание электропроводных ПКМ с использование проводящих волокон. Особенности свойств. Преимущества перед электропроводными ПКМ с дисперсными наполнителями.
3. Вспененные полимеры. Особенности переработки вспененных составов в изделие. Свойства вспененных материалов.
Вариант 13
1. Процессы горения полимеров. Схема процесса горения. Пути снижения горючести. Механизмы действия замедлителей горения.
2. Фрикционные материалы. Требования к полимерным материалам. Показатели свойств фрикционных материалов. Области применения.
3. Электропроводные композиты с дисперсными наполнителями. Механизмы проводимости. Создание цепочечных структур. Свойства электропроводных ПКМ.
Вариант 14
1. Вспененные полимеры. Виды вспененных структур и хараткеристики вспененных структур. Рапзделение пенополимеров по кажущейся плотности. Эластичные и жесткие пенополимеры. Физические и химические газообразователи и способы их введения в полимерные матрицы. Свойства вспененных материалов.
2. Горение полимеров. Схема горения. Коксообразующие и некокосообразующие полимеры и замедлители горения эффективные для данных полимеров. Механизмы снижения горючести.
3. Антифрикционные материалы. Полимеры, используемые в качестве матрицы. Наполнители. Способы получения материалов с антифрикционными свойствами. Области применения.
Вариант 15
1. Тепловое расширение аморфных, аморфно-кристаллических и кристаллических термопластов. Возможности регулирования. Тепловое расширение сетчатых полимеров и взаимосвязь со структурой.
2. Акустические материалы. Характеристики акустических свойств. Области применения. Методы создания материалов с акустическими свойствами.
3. Горение полимеров. Способы снижения горючести композитов. Методы определения пожароопасных свойств композитов.
Вариант 16
1. Многостадийность процесса горения. Схема процесса. Снижение горючести полимеров с помощью замедлителей горения. Механизмы действия фосфор-, азот - и галогенсодержащих замедлителей горения к коксующихся и некоксующихся полимерах.
2. Тепло - и термостойкость композитов. Возможности их регулирования. Методы определения.
3. Создание электропроводных материалов с использованием дисперсных наполнителей. Механизмы проводимости. Создание цепочечных структур. Свойства и области применения электропроводящих композитов.
ХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛИМЕРНЫХ
КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Рабочая программа,
методические указания и контрольные задания
для студентов специальности 240502
заочной формы обучения
Составили: ПАНОВА Лидия Григорьевна
КОНОНЕНКО Светлана Галактионовна
ПЛАКУНОВА Елена Вениаминовна
Бычкова
