Materiale polimericeşi compozite

Transcript

1 Materiale polimericeşi compozite Curs 4: - Metode de prelucrare a polimerilor termoplastici Extruderea -cea mai utilizată tehnologie de formare a produselor finite şi semi-finite din polimeri (peste 50%) Principiul extrudării: trecerea polimerului adus în stare de topitură (fluidă) printr-o filieră de formă corespunzătoare (sectiunii transversale a) produsului finit, sub acţiunea unor forţe de presiune generate de extruder. Avantajele utilizării procedeului de extrudere la prelucrarea polimerilor: - costuri scăzute de prelucrare - costuri reduse ale reperelor (subansamblelor) - capacitate de producţie ridicată - secţiune transversală uniformă a reperelor - posibilitatea utilizării unui număr însemnat de polimeri - posibilitatea colorării polimerilor direct în extruder 1

2 Extruderea Rolurile extruderului: - dozează şi transportă materialul granular (pulverulent) - încălzeşte şi topeşte polimerul - omogenizează topitura - generează presiunea necesară pentru trecerea polimerului prin filieră Utilizare:- obţinerea de filme, folii, plăci şi tuburi. Extruderea foliilor -se obţin prin extrudere cu cap de filare cu duză lată -polimerul este extrudat la temperaturi cât mai mari, pentru a reduce la minim viscozitatea topiturii -grosimea foliei până la 0,2-0,3 mm (limită inferioară) -răcirease realizează cu aer, prin imersare directă în apă, pe cilindri răciţi în interior sau combinaţii ale acestor variante. 2

3 Extruderea foliilor Etirarea -foliile extruse prin acest procedeu sunt supuse de regulă etirării, proces ce se realizează la temperaturi apropiate de temperatura de curgere - gradul de etirare atinge % faţă de dimensiunile iniţiale -prin etirare foliile se subţiază macromoleculele se orientează creşte rezistenţa la tracţiune şi se reduce alungirea la rupere avantaj pentru filmele supuse eforturilor - ambalaje alimentare -există şi posibilitatea etirării biaxiale, caz în care după încălzire, folia este trecută prin două operaţii succesive longitudinal şi transversal Extruderea plăcilor - obţinerea plăcilor plane de diferite grosimi (PS, ABS, PP, PE) -plăcile subţiri sunt utilizate pentru obţinerea ambalajelor alimentare prin termoformare (pahare, containere, farfurii, tăvi şi caserole pentru margarină, iaurt, deserturi, etc) -sistem de netezire a plăcilor (calandru cu cilindri lustruiţi) cilindrii sunt termostataţi prin circulaţie de fluid răcirea progresivă şi controlată a plăcilor după netezirea suprafeţelor - instalaţie de tăiere 3

4 Coextruderea plăcilor Coextruderea = extrudere simultană a mai multor straturi de material (de la două sau mai multe extrudere) prin aceeaşi filieră. -Fiecare extruder trebuie să asigure o curgere laminară a topiturii de polimer pentru evitarea amestecării straturilor. - Un singur extruder poate depune unul sau două straturi de polimer. -se pot obţine folii/plăci cu 2-9 straturi-grosime minimă μm. -Polimeri: PET, PE, PS, ABS,PMMA - Fiecare strat are un rol bine determinat: - contactul direct cu alimentul -barieră la arome, CO 2, O 2 -compatibilizarea sau adeziunea altor straturi Extruderea foliilor şi filmelor suflate Principiul metodei extruderea continuă a unui tub cu pereţi subţiri tubul este ulterior umflat cu ajutorul unei suprapresiuni de gaz 4

5 Extruderea foliilor şi filmelor suflate Caracteristici: - etirare transversală presiunea gazului duce la creşterea diametrului raportul dintre diametrul tubului suflat şi cel al fantei de extrudere = 2:1 3:1(uzual) - etirarea longitudinală asigurată de rolele de tragere şi aplatizare -proprietăţi uniforme pe ambele axe este necesar ca etirarea longitudinală = etirarea transversală - cel mai simplu, productiv şi economic procedeu de fabricare a foliilor -diametrul foliilor variază de la câţiva cm până la 24 m -grosimea variază de la câţiva microni la zecimi de mm. - procedeul aplicabil pentru filme din PEÎD, PEJD, PEJDL şi PP. Coextruderea foliilor suflate Procedeul permite combinarea unor materiale termoplastice de naturi diferite: polietilenă- poliamide, polietilenă polistiren. 5

6 Folii termocontractibile Etirarea mono sau bidirecţională a foliilor la temperaturi puţin peste temperatura de vitrifiere, urmată de răcirea rapidă tensiuni interne. La reîncălzire tensiunile interne tind să se relaxeze, folia revenind practic la dimensiunile iniţiale, anterioare etirării memoria materialelor plastice Folia etirată (denumită contractibilă) la încălzire se contractă datorită eliberării tensiunilor interne încorsetarea obiectului ambalat într-o peliculă transparentă, etanşă şi elastică Folii contractibile din: PEJD, PEÎD, PEJDL, PP, PET, PVC etc. Extrudere-suflare corpuri cave - butelii (sticle, flacoane) şi alte tipuri de corpuri cave(goale la interior). Etape: - extruderul debitează continuu un semifabricat sub formă de tub -tubul se introduce între bacurile unei matriţe care definesc conturul exterior al produsului dorit - matriţa se închide apoi, închizând totodată şi capătul tubului debitat -în interiorul tubului se suflă aer comprimat tubul din polimer, aflat în stare visco-plastică este dilatat până la pereţii matriţei în contact cu care se răceşte - deschiderea matriţei şi scoaterea piesei Polimeri utilizaţi: PE, PP, PVC, PET, PS, ABS, PA 6

7 Formarea prin injecţie Principiul metodei injectarea polimerului topit într-o matriţă rece la o presiune foarte mare. Formarea prin injecţie 7

8 Formarea prin injecţie Avantaje: Viteză ridicată de formare Precizie deosebită a obiectelor formate Pierderi minime prin rebuturi Prelucrări minime ale pieselor (obiectelor) finite injectate Complexitatea obiectelor obţinute este virtual nelimitată Dimensiuni variate: de la foarte mici (< 1 g) la foarte mari (> 50 kg) Se pot obţine obiecte din materiale plastice expandate Posibilitatea automatizării integrale a întregii linii de injecţie Posibilitatea obţinerii de obiecte prin injecţie-suflare (ptr. sticle din PET) Dezavantaj principal: preţul ridicat a agregatelor de injecţie (matriţei). Formarea prin compresie Principiul metodei: polimerul topit este presat în matriţă Etapele formării prin compresie: I -alimentarea matriţei deschise cu material polimeric (granule, pastile, pulbere, semifabricat preformat). Polimerul poate fi preîncălzit scurtarea ciclului de formare. II -închiderea, încălzirea polimerului (uniformă în toată masa) până la temperatura de topire şi presarea cu ajutorul părţii superioare a acesteia (de regulă acţionată hidraulic). III -răcirea uniformă a obiectului format prin presare până la temperatura indicată pentru scoatere. IV - ejectarea piesei din matriţă cu ajutorul unui aruncător 8

9 Formarea prin compresie Obţinerea preformelor pentru sticlele din PET Preform Advance Molding (PAM) productivitate:până la preforme/oră -cilindrii din polimer sunt debitaţi de un extruder vertical -48 cavităţi de formare dispuse pe un carusel rotitor (aprox 10 rot/min) -presiune poanson -2 t -ciclul de formare -6,5 s 90% presare -post-răcire pe bandă-rulantă suflare de aer rece în interiorul preformelor Formarea prin compresie Avantaje: -posibilitatea obţinerii de obiecte cu dimensiuni mari - pierderi reduse de polimer -minimizarea stresului intern şi a deformării pieselor - acurateţe şi stabilitate dimensională excelentă - contracţie redusă şi reproductibilă - bună finisare a suprafeţei obiectelor formate -productivitate ridicată a procedeelor moderne care combină formarea prin compresie cu injecţia sau extruderea Dezavantaje: - productivitate scăzută a tehnologiei clasice - nu este indicată pentru obiecte fragile sau cu forme complexe - adâncimea cavităţii limitată la 2-3 ori diametrul acesteia - cantitatea de material introdus în matriţă trebuie strict controlată 9

10 Formarea prin turnare centrifugală Principiu: fabricarea pieselor goale în interior într-o singură etapă utilizând temperatura şi rotaţia biaxială. Etapele formării: -introducerea pulberii sau pastei de polimer, cântărită în prealabil, într-o formă metalică goală -forma se închide etanş şi se supune unei rotaţii, simultan cu încălzirea acesteia. Polimerul este astfel topit şi distribuit pe pereţii formei datorită forţei centrifuge - răcirea obiectului, timp în care rotaţia formei continuă -după răcire forma se deschide şi produsul obţinut este scos din aceasta. Formarea prin turnare centrifugală Pentru demularea obiectului: - folosirea de agenţi de demulare: -de unică folosinţă -se aplică la obţinerea fiecărui obiect în parte, se îndepărtează odată cu ejectarea obiectului din formă -compuşi siliconici -semipermanenţi, care se aplică pe suprafaţa formei şi rezistă la un număr însemnat de cicluri - polisiloxani - acoperirea permanentă a matriţei cu teflon Polimeri prelucraţi prin această metodă: PE (peste 80%), PP, PVC, PA, PC... 10

11 Formarea prin turnare centrifugală Avantaje: -obţinerea de obiecte complicate ca design, cu volume foarte variate ( l) - posibilitatea varierii grosimii peretelui funcţie de necesităţi -preţ redus al utilajelor se lucrează la presiune normală -uniformitate a grosimii peretelui, care nu este subţiat la extremităţi. - rezistenţă la fisurare şi la coroziune datorită absenţei stresului intern Dezavantaje: - încălzirea/răcirea ansamblului matriţă + polimer consumuri energetice ridicate -durata mare a etapei de încălzire + temperatura ridicată din cuptor pot determina degradarea termică a polimerului -presiune atmosferică în interiorul matriţei aer oxigenul poate determina degradare termo-oxidativă stabilizarea polimerilor cu antioxidanţi Termoformarea Procedeul permite obţinerea obiectelor sau semi-fabricatelor din plăci sau folii din materiale plastice. Obiectele se formează la temperaturi ridicate (imediat sub temp. de curgere) ca urmare a deformării înalt elastice a termoplastelor. Avantaje faţă de injecţie: -arie de aplicabilitate mai largă datorită matriţelor mai ieftine, presiunii şi temperaturii mai scăzute - formarea uşoară a articolelor cu pereţi subţiri, dificil de realizat prin alte tehnici -productivitate foarte ridicată - investiţii de capital mai mici 11

12 Termoformarea Termoformarea sub vacuum - foarte utilă pentru farfurii şi pahare de unică folosinţă. Etape: 1 -Placa din material plastic este supusă încălzirii (rezistenţă electrică sau IR) 2 - Placa încălzită este plasată peste cavitatea concavă a matriţei 3 -Prin aplicarea vacuumului placa este trasă şi ia forma matriţei 4 -Obiectul obţinut este întărit prin contactul cu suprafaţa rece a matriţei şi apoi este extras din aceasta. Se prelucrează cu succes materialele plastice amorfe: PVC, PS, ABS, PC, etc. Termoformarea Termoformarea asistată de un poanson - o variantă a formării sub vid permite obţinerea de piese cu înălţime mai mare - utilizează o matriţă negativă(cu cavitate concavă) Termoformare cu matriţă pozitivă - articole cu raportul H:D aprox. 4:1 -matriţele pozitive -mai uşor de construit decât cele negative mai ieftine - control mai bun al dimensiunilor interioare ale articolelor - se recomandă preîncălzirea matriţei până la C. vid 12

13 Termoformare sub presiune Termoformarea Procedeusimilar cu termoformarea sub vid, cu deosebirea că vacuumul este înlocuit cu aer fierbinte sub presiune. Termoformarea Termoformarea în flux - placa din material plastic este debitată direct din extruder - trece printr-un cuptor pentru menţinerea ei la temperatura de formare - intră în instalaţia de termoformare - operaţiile secundare (printare, ştanţare, debavurare etc) sunt incluse în flux -toate etapele procesului de formare trebuie să fie sincronizate cu viteza de debitare a plăcii de către extruder -proces mult mai greu de controlat comparativ cu alte procedee de termoformare. Procedeul este destinat fabricării ambalajelor alimentare cu pereţi subţiri (farfurii, tăvi, ceşti, pahare etc). 13

14 Laminarea Folii multistrat Laminarea procesul de unire a unei folii din material plastic cu altă folie prin intermediul căldurii şi/sau presiunii, uzual utilizând un adeziv. Laminatul două sau mai multe straturi identice sau diferite Scopul laminării:conferirea unor proprietăţi specifice, indispensabile pentru ambalajele alimentare: -impermeabilitatea faţă de apă - permeabilitate selectivă pentru anumite gaze - proprietăţi mecanice - păstrarea formei ambalajului după umplere Laminarea cu pelicule polimerice pentru hârtie, carton şi aluminiu. Laminarea Folii multistrat Procedee combinate extrudere-laminare -folia de polimer ce urmează a fi aplicată pe substratul de hârtie sau aluminiu este debitată cu ajutorul unui extruder cu fantă lată. -folia în stare viscoelastică aderă de substrat fără să mai fie nevoie de adeziv, prin presarea între role -se pot obţine laminate cu folie de polimer pe o singură faţă sau pe ambele feţe. 1 -substrat; 2 -extruder; 3 -folie de polimer; 4 -role de laminare; 5 -role conducătoare; 6 -laminat. 14