Переработка полимеров и композитов в твердой фазе. Баронин Г.С - 39 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Метод винтовой твёрдофазной экструзии (ВТЭ) материалов, также как и методы РКУЭ и РКМУЭ, не
приводят к изменению геометрической формы заготовки, но при этом благоприятно влияет на ее физико-
механические свойства. Винтовая твёрдофазная экструзия материалов состоит в том, что призматический образец
продавливается через матрицу с каналом, содержащим два призматических участка, разделённых участком
винтовой формы.
В ходе обработки материал испытывает интенсивную пластическую деформацию при сохранении
идентичности начального и конечного сечений. Последнее обстоятельство позволяет осуществлять его
многократную экструзию с целью накопления большой деформации, приводящей к изменению структуры и
свойств материала.
Исследования, выполненные на металлических и полимерных материалах [30], показали, что при ВТЭ чётко
выделяются четыре зоны деформации (рис. 4.22). Зоны
1
и
2
расположены в начале и в конце винтового участка
матрицы.
Сдвиг материала в данных зонах
1
и
2
имеет противоположное направление, т.е. зона
1
матрицы приводит к
скручиванию заготовки, а зона
2
к раскручиванию и восстановлению первоначальной формы.
Каждая из указанных зон обеспечивает пластическую деформацию от ε = 0 на оси экструдата до ε = 0,5…0,7
на периферии. Деформационная зона
3
расположена в винтовой части матрицы между зонами
1
и
2
и охватывает
основной объём образца, исключая периферийную зону
4
толщиной 1–2 мм.
Деформация в зоне
3
представляет собой простой сдвиг в продольной плоскости, поворачивающейся вокруг
оси экструзии. Деформация в зоне 4 представляет собой интенсивный простой сдвиг вдоль контура
(приповерхностный слой периферии 1–2 мм) сечения образца с ε ≈ 2.
Наличие в ВТЭ двух новых, отличных от РКУЭ плоскостей управляемого сдвига, открывает дополнительные
возможности по деформированию структуры и свойств полимеров и композитов. Так, изменяя степень
деформации сдвига в зонах
1
и
2
, можно создавать структуру с отчётливо выраженной анизотропией в
поперечном сечении экструдата. Деформационные зоны
3
и
4
создают вихрь, который вытягивает слои материала
в плоскости, перпендикулярной оси экструзии. Последовательное вытягивание и складкообразование приводит к
перемешиванию структуры полимерного композита. Возможность интенсивного перемешивания материала
является характерной особенностью ВТЭ. Особенно интенсивное перемешивание наблюдается в зоне
4
, где
интенсивный сдвиг приводит к складкообразованию не только на макро-, но и на микроуровне. При этом
площадь поверхности образца вначале увеличивается до 50 %, а затем возвращается к исходным размерам, что
приводит к тому, что материал из внутренних слоёв выходит на поверхность, а с поверхности втягивается
вовнутрь.
Таким образом, ВТЭ – это способ интенсивной твёрдофазной экструзии полимеров и композитов, который
позволяет реализовать в материале ярко выраженный градиент свойств по сечению экструдата. Наличие
упрочнённого поверхностного слоя и более пластичной сердцевины представляет интерес для изделий из
полимерных композитов с указанными эксплуатационными характеристиками.
Усилие на заготовку создаётся гидравлическим прессом
1
(рис. 4.1), оборудованным образцовым
манометром типа МКД
5
до 100 Бар и индикатором часового типа
3
с ценой деления 1⋅10
–5
м, с помощью которого
измеряется перемещение плунжера, передающего давление на заготовку полимера.
Измерялось давление
Р
ф
, необходимое для винтовой твёрдофазной экструзии исследуемых материалов в
зависимости от состава, температуры экструзии, угла подъёма винтовой нарезки матрицы, количества проходов
образца через испытательную ячейку (рис. 4.23). За давление формования
Р
ф
принималась величина удельного
осевого давления, при котором имело место непрерывное прохождение материала заготовки через зону пластического
1
3
,
4
2
Р
ф
Рис. 4.22. Схема винтовой твёрдофазной
экструзии материала:
1
– зона скручивания образца;
2
– зона
восстановления первоначальной формы образца;
3
– зона сдвига материала в продольной плоскости,
поворачивающейся вокруг оси экструзии;
4
– зона
простого сдвига приповерхностного слоя
(1–2 мм) экструдата

Страницы