Переработка полимеров и композитов в твердой фазе. Баронин Г.С - 23 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

4. ТВЁРДОФАЗНАЯ ЭКСТРУЗИЯ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ
ПОЛИМЕРОВ
В настоящее время проблема получения высокопрочных полимерных материалов и изделий находится под
пристальным вниманием исследователей. Успешный путь решения этой проблемы связан с использованием
методов пластического деформирования материалов в твёрдом состоянии, обеспечивающих высокую степень
ориентации как аморфным, так и частично кристаллическим полимерам [2, 3, 7, 15, 35].
Существует ряд технологических процессов ориентационного пластического деформирования полимеров в
твёрдом состоянии, т.е. при температурах ниже
Т
с
или
Т
пл
, а именно: холодная вытяжка, твёрдофазная
(плунжерная) экструзия, гидростатическая экструзия, равноканальная угловая экструзия (РКУЭ), равноканальная
многоугловая экструзия (РКМУЭ), винтовая твёрдофазная экструзия (ВТЭ) и прокатка [2].
При твёрдофазной экструзии (прессовом или плунжерном выдавливании), в противоположность объёмной
штамповке, формование идет из открытой прессформы до тех пор, пока есть запас материала. В технике
твёрдофазной экструзии металлов применяется прямое и обратное прессовое выдавливание. Использование
обратного выдавливания при переработке термопластов не всегда убедительно. Лучших результатов можно
достигнуть прямым выдавливанием, однако, широкого распространения этот метод ещё не получил [2, 23, 25 –
27].
Основной характеристикой процесса плунжерной твёрдофазной экструзии является величина
"экструзионного отношения" λ
экс
[24], которая равна отношению площадей поперечного сечения заготовки и
формующего отверстия. Диаметр экструдата никогда точно не совпадает с диаметром отверстия в головке из-за
релаксационных процессов, происходящих после выдавливания. Поэтому вводится дополнительный параметр
ρ
экс
, который равен отношению поперечного сечения заготовки и экструдата. Параметр ρ
экс
называется
"деформационным отношением" при твёрдофазной экструзии полимеров.
Для некоторых полимеров (полиолефинов) при всех значениях λ
экс
удаётся осуществить процесс прессового
выдавливания. В других случаях это удаётся только до определённого значения λ
экс
, после чего образец не
формуется в монолитный экструдат, а раскрашивается. Для некоторых полимеров вообще не удаётся
осуществить процесс твёрдофазной экструзии через формующее отверстие при комнатной температуре [2].
Параметрами твёрдофазной плунжерной экструзии полимеров и факторами, эффективно влияющими на
качество готового экструдата, являются экструзионное отношение λ
экс
, температура материала, необходимое
давление выдавливания
Р
ф
, угол входового конуса в капилляр, длина капилляра и наличие модифицирующих
добавок [2].
Равноканальная угловая экструзия (РКУЭ) в ряде случаев может быть альтернативой для других методов
твёрдофазной обработки материалов давлением: плунжерной и гидростатической экструзии, холодной вытяжки,
прокатки. Экспериментальная ячейка высокого давления для реализации РКУЭ показана на рис. 4.9. Заготовка
помещается в канал, изогнутый под некоторым углом. Поперечное сечение канала остаётся неизменным на всей
его длине. Под действием давления, прилагаемого со стороны пуансона, заготовка полимера перемещается и
пластически деформируется в канале в условиях, близким к простому сдвигу. При выходе из канала заготовка
приобретает форму и размеры, близкие к исходным, но её структура и физико-механические свойства
существенно меняются в результате пластической деформации. Ещё большего изменения микроструктуры и
свойств можно добиться, если данную заготовку последовательно деформировать методом РКУЭ несколько раз.
При этом пластическая деформация будет накапливаться.
Практический интерес представляет применение метода РКУЭ для порошкообразных полимеров. Есть
основания предполагать, что метод РКУЭ при повышенных температурах позволит получать упрочнённые
изделия из полимеров, трудно перерабатываемых традиционными способами через стадию расплава. Основной
недостаток метода РКУЭ – наличие больших сил трения в рабочем канале. Использование противодавления в
РКУЭ является одним из путей уменьшения растягивающих напряжений в полимерной заготовке и, как
следствие, повышения её деформируемости.
Используя РКУЭ, можно получать образцы, обладающие контролируемой молекулярной ориентацией. Ею
можно управлять путём многократного экструдирования одного и того же образца с изменением его положения
относительно экспериментальной ячейки при каждом последующем проходе.
Схема экспериментальной ячейки высокого давления для реализации равноканальной многоугловой
твёрдофазной экструзии (РКМУЭ) полимеров и композитов представлена на рис. 4.15. Представленная схема
твёрдофазной экструзии обладает большими потенциальными возможностями, так как имеет разборный
деформирующий блок, состоящий из набора рабочих элементов, конфигурация, количество и расположение
которых может изменяться в широких пределах. Данная конструкция позволяет осуществлять экструзию
материала с регулируемой разовой величиной деформации, достигать за один цикл высокой суммарной степени
деформации, а также реализовать различные варианты пространственного развития деформации за счёт
изменения плоскостей сдвига, достигаемого разворотом соответствующих деформирующих элементов [30].

Страницы