Пластические массы и синтетические смолы

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственный Университет

Кафедра химической технологии













Химия и технология полимерных композиционных материалов

«Пластические массы и синтетические смолы»











Выполнил: студент гр.

Проверил: проф.



















2009


Содержание:



Введение 

Основная часть

Технологический раздел

Информационный анализ

Характеристика готовой продукции, исходного сырья и вспомогательных материалов.

Описание технологического процесса

Основные параметры технологического процесса

Технологическая характеристика основного технологического оборудования

Технологические расчеты

Раздел «КИП и А»

Безопасность и экологичность

Заключение

Список использованных источников

Приложения


Введение



Пластические массы и синтетические смолы исключительно важны практически для всех отраслей народного хозяйства. В настоящее время ускорение научно-технического прогресса в области науки и технике невозможно без интенсивного использования пластмасс. Поэтому их использование составляет ежегодно несколько миллионов тонн и продолжает увеличиваться. Производство пластмасс характеризуется относительно низкой материало- и энергоемкостью. Применение пластмасс и синтетических смол позволяет решать важные для народного хозяйства задачи: создание прогрессивных конструкций машин и аппаратов, повышение качества продукции технического и бытового назначения, существенное усовершенствование строительной техники, интенсификации сельскохозяйственного производства и ряда других.

Пластмассы шире использовать для производства труб, пленок, листов, а также металлопластов. Пластические массы и синтетические смолы – новые материалы, конкурирующие с такими традиционно конструкционными материалами, как цветные металлы, сталь, дерево. (2)

Термопласты – полимеры, которые размягчаются при нагревании и затвердевают при охлаждении. При обычной температуре термопласты находятся в твердом состоянии. При повышении температуры они переходят в высокоэластическое состояние и далее в вязкотекучее, что обеспечивает возможность формования их различными методами. Эти переходы обратимы и могут повторяться многократно, что делает возможной в частности переработку бытовых и производственных отходов в изделие.

Выбор термопласта, пригодного для изготовления того или иного конкретного изделия, определяется очень многими факторами. Среди них на первом месте условия эксплуатации данного изделия и менерологические свойства полимера. Далее возникает целый ряд факторов, которые также необходимо учитывать, и некоторые из них могут оказаться решающими при выборе. Такими факторами являются стоимость пластмассы, ее доступность, способность окрашиваться и т.п. Иногда определенное значение имеют и соображения патентной чистоты получаемого изделия, т.е. возможность выхода на рынок сбыта. (1)

Некоторые на множество указанных факторов играющих роль при выборе пластмасс, все-таки самое главное – знание свойств пластмасс, умение предсказать их поведение в производстве и эксплуатации уже на основе строения полимера и выпускаемого марочного ассортимента. 

Путем модификации (наполнением, пластификацией, сшиванием, вспениванием и т.д.) можно в значительной степени изменить как эксплуатационные свойства, так и технологические характеристики полимеров. (6) 

Объем производства полиэтилена в 1997 г. сохранился примерно на уровне 1996 г. Достаточно стабильно работали в 1997 г. такие крупные производители полиэтилена, как АО «Оргсинтез» (г. Казань), АО «Уфа-оргсинтез». В то же время в связи с трудностями в обеспечении сырьем снижено производство полиэтилена в АО «Ставропольполимер», АО «Ангарская нефтяная компания», практически простаивали производственные мощности в АО «Томский нефтехимический комбинат».

Полиэтилен остается экспортно-ориентированным продуктом: более 50% его экспортируется.

В 1996 г. стоимость экспорта химического комплекса уменьшилась на 1 млрд. долл. США и составила 5,7 млрд. долл. США или 37% производства. (Табл.1)



Таблица 1. Объем внешней торговли России в 1996-1997 гг., млн. долл. США

экспорт импорт

со странами СНГ 172236 18259

со странами вне СНГ 71874 44019

всего 89110 62278

 полиэтилен

со странами СНГ 153,2 125,5

со странами вне СНГ 364,7 820,9


Основная часть

1.Технологический раздел



1.1 Информационный анализ



Поскольку патроны с резервной намоткой предназначены для намотки натуральных и химических волокон, они должны соответствовать следующим требованиям: прочность, жесткость, твердость, термостойкость, устойчивость к агрессивным средам, легкость обработки. Всем этим требованиям в полной мере отвечает полиэтилен, однако вследствие действия прямого солнечного света полиэтилен начинает разлагаться, поэтому при переработке полиэтилена обязательно добавление стабилизаторов. (4)

Для изготовления патронов возможно применение других термопластов в частности полипропилен, но из-за того что ПЭВД дешевле целесообразнее делать из ПЭВД. 

Для модификации свойств ПЭ и улучшения потребительских качеств изделия применяются различные добавки и красители. Например, модификация полиэтилена полиизобутилом (5-10%) улучшает перерабатываемость материала, повышает его гибкость, стойкость к растрескиванию, хрупкость при низких температурах снижает. Для переработки термопластов экструзией предлагается ввести концентрат экструзионной добавки «Боско».

Концентрат антистатической добавки марки Т0021/01 может быть использован для предотвращения образования зарядов статического электричества в изделиях.

Полимеризация этилена при низком давлении осуществляется в среде органического растворителя при давлении, не превышающем 300 МПа и температуре ниже 80°С, катализатором являются комплексы Циглера-Натта.

Большой интерес для промышленности представляет радиационная полимеризация этилена, протекающего под действием λ лучей при 13-20 атм. и комнатной температуре.

ПЭВД запускается в чистом виде и в виде композиций со стабилизаторами, красителями и другими добавками. Выпускается в виде белого порошка или гранул с максимальной плотностью 0,5-0,55 г/см3.

Основные физико-механические свойства и теплофизические свойства показаны в табл.2.



Таблица 2. Основные физико-механические свойства 

 показатели ПЭНД ПЭВД ПП ПС

температура плавления, °С 120-125 105-108 160-170 170-210

теплостойкость, °С 120-136 108-115 160 95-105

теплопроводность, Вт/(м.к) 0.42 0.29 0.35 0.45

максимальная температура 

эксплуатации без нагрузки, °С 100 100 150 60

температура хрупкости с 

морозостойкости, °С -100÷(-150) -80÷(-120) -5÷(-15) -5÷(-10)

плотность, кг/м3 950-960 910-930 900-910 1050-1070

степень кристалличности, % 75-85 50-65 80-95 65-70

ПТР, г/10 мин 10,1-12,0 10,2-15,0 1,5-5,0 1-4

разрушающее напряжение, мН/м2

 при растяжении 21,6-29,4 9,8-16.7 24.5-39,2 39,2 

 при изгибе 11,8-16.7 19.6-34.3 16,7-13.6 19.6-27.4

относительное удлинение при 

растягивании, % 300-800 500-600 600-900 2

твердость по Бриннелю мН/м2 44,2-56,9 13,7-24,5 59-64 137-196

удельное электрическое сопротивление:

 поверхностное, Ом 1014 1014

 объемное, Ом.м 1015 1015


Концентраты антистатической добавки марки Т0021/01 может быть использован для предотвращения образования зарядов статического электричества в изделиях из полиолефинов. 

Пластические материалы, как правило, обладают высоким удельным поверхностным сопротивлением и низкой диэлектрической постоянной. Эти свойства при выпуске полимерных изделий приводят к высокому электростатическому заряду на поверхности готовых изделий и, как следствие – к налипанию на них микрочастиц пыли и грязи, а также к искрению и разряду в процессе намотки пленок и волокна, и разрывности волокна.

Антистатический эффект достигается за счет взаимодействия добавки с атмосферной влагой в результате чего образуется электропроводящий поверхностный слой. Для достижения достаточного антистатического действия необходима определенная влажность (не менее 30%) воздуха для образования влажной пленки на поверхности полимера. Ρν антистатических материалов составляет 106Ом.м.

Рекомендуемый процент ввода 0,5-3,0% от массы исходного полимера. Изменение концентрации антистатика может приводить к «замасливанию» поверхности. Для патронов с резервной намоткой для обеспечения необходимого антистатического действия рекомендуется вводить 2% добавки от массы исходного изделия. Смешение гранул концентрата антистатика с гранулами полимера может быть осуществлено путем автоматического дозирования в загрузочную воронку либо в тихоходном смесителе любого типа. Готовая смесь дозируется в загрузочную воронку термопластавтомата и перерабатывается в изделия при стандартных режимах получения данных изделий.

Предлагаются также следующие добавки «Боско»:

-концентрат «Боско» П0010/ревтол – пластифицирующие добавки. Он вводится для облегчения переработки вторичных полиолефинов, в том числе и ПЭВД. Концентрат вводится в количестве 2-3% при переработке вторичных пластмасс и благодаря специальным добавкам предотвращает термоокислительное старение вторичных полимеров, облегчает их переработку вследствие улучшения реологических характеристик расплава (повышает ПТР), увеличивает прочностные характеристики готовых изделий, по сравнению с изделиями, изготовленными без применения «Ревтола». 

Красители «Боско» предлагаются в широкой цветной гамме. (5) Основным направлением развития переработки пластмасс литьем под давлением является переход от отдельных литьевых машин, работающих в автоматическом режиме к участкам и цехам с полной автоматизацией технологической цепочки. В настоящее время наиболее целесообразно применять следующие технологические схемы производства литьевых изделий: в полуавтоматическом и автоматическом режимах работы оборудования с распределением программ изделий по расчетным рабочим местам.

При изготовлении изделий конструкционного назначения все шире находят применения литьевые термопласты, которые характеризуются комплексом ценных механических, теплофизических и диэлектрических характеристик. Широкомасштабное внедрение прогрессивных термопластов требует дальнейшего совершенствования технологии их переработки от подготовительной операции – сушки до дальнейшей термообработки.

С целью усовершенствования и интенсификации процесса сушки термопластов была разработана технология сушки в фонтанирующем слое с одновременным облучением ИК лучами. При конвекционно-лучевом теплообмене обеспечивалось объемное и быстрое удаление влаги до требуемых по ГОСТу значений остаточной влажности, что позволяет исключить основные виды брака в изделии. При (коньекционно-лучевой) этом производительность увеличилась в 10-20 раз.

В качестве базового оборудования была разработана идея реализации процесса сушки установка модели ТИС, которая работает в автоматическом и полуавтоматическом режиме.

Техническая характеристика ТИС:

производительность установки при влажности до 0,5% т/ч. 15-30

время сушки, ч. 1-4

расход воздуха, м3/ч 15

t° воздуха °С 60-130

рабочее давление воздуха, МПа 0,2-0,5

емкость бункера, дм3 25

габаритные размеры, мм 900.600.1250

масса, кг 200 



Для исключения адсорбции горячем материалом влаги из окружающей среды высушенные термопласты из ТИС наиболее целесообразно выгружать в специальную герметическую тару или обогреваемый бункер устройства АЛЗ входящий в состав термопластавтомата.

Автоматизация технологического процесса литья под давлением термопластов и повышения качества обеспечивается комплексом модели АЛ. В комплекс входят устройства для загрузки и сушки термопластов АЛЗ, вибрационного формования ВУ, съема деталей АЛС и пультом управления, обеспечивающий синхронную работу устройств с термопластавтоматом ( например модели ДЕ-3127). Литье осуществляется следующим образом: термопласты с помощью транспортера подаются из установки ТИС в обогреваемый бункер, где нагревается до заданной t в целях удаления остаточной влажности. Затем на расплав термопласта в узле впрыска (устройство ВУ) или форме воздействует колебательная энергия ультразвуковой частоты (18-22 кГц), обеспечивающая за счет мгновенного повышения давления , увеличением скорости течения материала, а значит скорость сдвига. В результате УЗ воздействия происходит гомогенизация расплава, возрастает текучесть и прочностные характеристики термопластов, стабилизируется усадка отливок. Съем отливок осуществляется с помощью комбинированной системы воздухосъемников. 

Техническая характеристика устройства для загрузки и сушки термопластов АЛЗ 

производительность электора, кг/ч 31-40

производительность сушки в бункере, кг/ч 5-10

высота подачи термопластов в обогрев. бункер, мм до 3000

t сушки °С 60-120

потребляемая мощность, кВт 1,6

габаритные размеры бункера, мм высота 700, диаметр 450

масса, кг 4,8



Техническая характеристика вибрационного устройства ВУ

амплитуда колебания УЗ, мнм 3

количество волноводов 4

рабочая частота, кГц 18-22

потребляемая мощность, кВт 1

габаритные размеры, мм:

вибрационной приставки 200.290.290

генератора 770.550. 425



Время подготовки комплекса и работы 30 мин. Использование автоматизированного комплекса обеспечивает повышенную прочность и снижение технологических отходов. 

С целью дальнейшего совершенствования технологии литья был разработан гибкий производственный модуль модели МТ. 

Техническая характеристика модуля МТ

	максимальный объем впрыска, см3 63 

	номинальное давление литья, МПа 300

	наибольшая температура пластификации, °С 320

	установленная мощность, кВт 18

	габаритные размеры, мм 3560.850.1900 

	масса, кг 2500

		Использование модуля МТ обеспечивает повышение качества деталей из термопластов и снижения трудоемкости. 

		Важнейшим этапом в развитии производства по переработке пластмасс явилось создание и серийное изготовление термопластавтоматов моделей ТПА 400/100 и ЛПД 500/160 соответственно ТПА оснащены микропроцессорами и более совершенными гидроузлами. 



Техническая характеристика ТПА 400/100

	максимальный объем впрыска, см3 247 

	номинальное давление литья, МПа 164

	наибольшая температура пластификации, °С 300

	габаритные размеры, мм 5300.1340.2800 

	масса, кг 4200

	

Техническая характеристика ЛПД 500/160

	максимальный объем впрыска, см3 407 

	номинальное давление литья, МПа 161

	наибольшая температура пластификации, °С 320

	установленная мощность, кВт до 61

	габаритные размеры, мм 6880.1195.2440 

масса, кг 6700



Одним из эффективных средств автоматизации технологических процессов литья термопластов является организация комплексно-механизированных производств на основе роторно-конвеерных линий (АРКЛ).

Линия модели ЛЛТ – 10-1 предназначена для литья одновременно до 4 типов термопластов или одного типа материала и четырех цветов. Линия работает в автоматическом и полуавтоматическом режиме. 

Техническая характеристика ЛЛТ -10-1

производительность, отл/мин 100 

	максимальный объем впрыска, см3 10 

	номинальное давление литья, МПа 200

	наибольшая температура пластификации, °С 250

	установленная мощность, кВт 62

	габаритные размеры, мм 4690.1300.3060 

масса, кг 11000



Внедрение линии ЛЛТ – 10-1 обеспечивает повышение производительности труда в 8 – 10 раз и автоматизацию процесса переработки термопластов.

Для обработки пластмассовых деталей применяется универсальный зачистной станок модели СУЗ - 5 



Техническая характеристика СУЗ – 5

скорость вращения, об/мин:

шпинделя сверлильной головки 30-3500

шлифовально-заточного круга 2800

наибольшие размеры обрабатываемых деталей, мм 150.150.100 

габаритные размеры, мм 700.1000.1450

масса, кг 150



Станок прост в эксплуатации и обеспечивает увеличение производительности труда в 2,5 – 3 раза.

Для рационального использования технологических отходов при изготовлении изделий применяют роторный измельчитель модели УИ. Его преимущества по сравнению с промышленными аналогами измельчение всех видов термопластов, удаление пыли из рабочей зоны, обеспечение уровня шума не более 75, подвижное перемещение оборудования. Использование УИ обеспечивает ресурсосбережение материала до 90%. 



Техническая характеристика УИ

производительность, кг/ч до 50

получаемая измельченная фракция не более 6 мм

максимальный размер отходов, мм 1450

потребляемая мощность, кВт 3

габаритные размеры 1050.750.1300

масса, кг 230



Для эффективной переработки термопластов их измельченную фракцию необходимо гранулировать в УГОТ.



Техническая характеристика УГОТ

производительность, кг/ч не менее 16

диаметр шнека, мм 80

отношение диаметра шнека к длине 15 – 20

скорость вращения шнека, об/мин 20 – 100

количество зон обогрева 3

потребляемая мощность, кВт не более 14

габаритные размеры, мм 2960.740.2000

масса, кг 500



Использование гранулятора позволяет более эффективно перерабатывать отходы термопластов, а также улучшает условия труда на производствах по переработке пластмасс.

В таблице приведены основные технические характеристики установок для водопальцевой грануляции фирмы «Вернер» типа WRq-230, воздушной грануляции типа КР-100, для подводной грануляции типа UG-200.


Таблица 3.

WRq-230 UG-200 KP-100

мощность привода, кВт 7,5 24 1,1

максимальная производительность, кг/ч

ПВХ 200

ПЭВД 800 5000

ПЭНД 800 4000

ПП 600 3500

ПС 700 4000



Однако решение проблемы утилизации отходов полиэтилена связаны не только с организацией дробления, мойки и перегрануляции, но и с обеспечением вторичному сырью физико-механических свойств, максимально приближенных к свойствам исходного материала, а также исключение потери материала при изготовлении изделий и обеспечения максимального возврата материала в процессе.

Исходя из вышесказанного, для приготовления патронов с резервной намоткой, для придания антистатических свойств вводится концентрат антистатической добавки марки Т0021/01, ТУ 2243-001-231-24265-2000, а также краситель черного цвета «Боско» марки Т1910, ТУ 2243-001-231-24265-2000, для окрашивания патронов.

Для уменьшения продолжительности цикла литья под давлением патронов на ТПА КУАЗУ 800/250, а соответственно уменьшение энергоемкости процесса, увеличение производительности ТПА, уменьшения себестоимости изделий рекомендуется применение бункера с устройством загрузки материала в токе горячего воздуха, которые состоят из нагревательного элемента и вентилятора, подающий горячий воздух противотоком в загрузочный бункер ТПА. 

Для организации линии по переработке отходов используется: установка универсальная для измельчения полимерных отходов, экструдер Z9K-57, водопальцевой гранулятор WRq-230, барабанная сушилка. Линия обеспечивает необходимую производительность, энергоемкость, качество получаемого гранулята, который подается в технологический процесс. 

Для обеспечения автоматизации процесса при транспортировки материала применяется пневмотранспортная установка; при механической обработки изделий применяется автоматический станок, который прост в эксплуатации и обеспечивает заданную производительность. 

Совершенствование технологии переработки прогрессивных термопластов необходимо вследствие широкомасштабного их внедрения и расширяющегося применения, поскольку они обладают комплексом ценных механических, теплофизических и диэлектрических характеристик.

На основе анализа использованных литературных источников в курсовом проекте предлагается введение на стадии переработки ПЭВД антистатической добавки – фирмы «Боско» концентрат антистатической добавки марки Т0021/01, ТУ 2243-001-231-24265-2000. В количестве 2% от массы полимера, что позволит снизить электризуемость полимерных изделий технического назначения, в частности – катушек конических с резервной намоткой. 



1.2 Характеристика готовой продукции, исходного сырья и вспомогательных материалов



Полиэтилен [C2H4]n представляет собой карбоцепной полимер алифатического непредельного углеводорода олефинового ряда – этилена. Макромолекулы полиэтилена имеют линейное строение с небольшим числом боковых ответвлений. Молекулярная масса его в зависимости от способа получения колеблется от десятков тысяч до нескольких миллионов.

Полиэтилен – кристаллический полимер. При комнатной температуре степень кристалличности полимера достигает 50-90%. Макромолекулы полиэтилена в кристаллических областях имеют конформацию плоского зигзага с периодом идентичности 2,53.10-4 мин.



 / CH2\ / CH2\ / CH2\

 CH2 CH2



Исходным сырьем для получения полиэтилена является этилен.

В промышленности полиэтилен высокого давления (ВД) получают полимеризацией этилена в конденсированной газовой фазе в присутствии радикальных инициаторов при давлении 150-300 МПа и температуре 200-280°С. Получаемый полиэтилен имеет плотность 920-930 кг/м3, среднемассовую молекулярную массу 80000-500000 и степень кристалличности 50-60%. (2) 

Регулирование плотности полиэтилена и длины цепи осуществляется варьированием условий полимеризации (давления и температуры), а так же введением различных добавок (водорода, пропана, изобутана, спиртов, альдегидов, кетонов). 

Сырьем для производства патронов ионических служит ПЭВД марки 20906-040 и 21006-075 со светостабилизирующей, термостабилизирующей и антикоррозийной добавкой.

Полиэтилен поступает на производство в виде гранул белого цвета размером 2-5 мм. 



Характеристика полиэтилена марки 20906-040

показатель текучести расплава 3,0-5,0

плотность, кг/м3 920-930

относительное удлинение при разрыве, % не менее 450

предел текучести при растяжении, кгс/см3 не менее 260

стойкость к растрескиванию не менее 24

температура хрупкости, °С не менее 215


Характеристика полиэтилена марки 21006-075

ПТР, г/10 мин 5,0-10,0

плотность, кг/м3 920-930

относительное удлинение при разрыве, % 300

предел текучести при растяжении, кгс/м3 210

стойкость к растрескиванию 24

температура хрупкости не выше 200



Свойства полиэтилена ВД

число групп CH3 на 100 атомов углерода 1-2 

количество двойных связей на 1000 атомов углерода 0,4-0,7

степень кристалличности, % 50-65

плотность, кг/м3 920-930

температура плавления 200°-280°

теплостойкость 200°-280°

разрушающее напряжение, МПа 22-32

твердость по Бриннелю, МПа 045-058



Для окрашивания патронов применяют концентрат «Боско» марки Т1910, цвет черный ТУ 2243-001-23124265-2000 партия 237-00, 25.12.2000 г. для модификации применяется концентрат антистатической добавки «Баско» марки Т0021 ТУ 2243-001-231-24265-2000, партия 8-00, 25.01.2000.

Характеристики концентратов «Боско»

Внешний вид – гранулы размером в пределах 2-5 мм. Допускается наличие гранул размером менее 2 мм, в количестве до 1% и более 5 мм в количестве до 1%.

Цвет окрашенного полимера – достигает соответствия цвету образца из утвержденного ассортимента контрольного образца, согласованным методом производителя и потребителя.

Точное цветовое различие от эталона, ∆ξ усл.ед. не более 3.

Качество окрашивания – образец должен быть равномерно окрашен по тону без разводов и включений размером более 0,5 мм.

Плотность концентрата, г/см3 0,45.1,0

ПТР концентрата 2/10 мин не менее 3,0

Термостойкость ,°С не менее 200

Миграционная стойкость – миграция носителя отсутствует.

Для изготовления концентрата «Боско» используют сырье, соответствующее нормативным данным, утвержденным в установленном порядке, имеющие сертификаты фирм производителей и разрешенное к применению органами Госкомэпиднадзора.

Патрон конический с резервной намоткой получают в литьевой форме. На поверхности патронов не допускаются заусенцы, трещины, вздутия, расслоения. Кромки внутренних отверстий и места среза должны быть зачищены. Допускается на рабочей поверхности патронов незначительные , следы от в местах их удаления, следы от смыкания формы. Масса патрона 0,056 кг±0,003кг

Биение наружной поверхности патрона, одетого на контрольную оправку, относительно внутренней поверхности 0,4 мм. Упаковываются патроны в мешки по 150 шт.



1.3 Описание технологического процесса



Станина машины состоит из двух частей: станины впрыска 18 и станины запирания 25. Обе станины представляют собой коробчатые конструкции, каркасы которых сварены из швеллеров и обшиты листами, на которых смонтированы механизмы впрыска 17 и запирания формы 1 и гидравлическое оборудование. Механизм впрыска имеет обогреваемый цилиндр пластикации 13, корпус цилиндра опирается на подвешенную опору. Вал червяка приводится от электродвигателя через редуктор, а осевое перемещение – от поршня. Привод механизма впрыска установлен на каретке, скользящей по направляющим станины впрыска 18.

Механизм запирания 1 выполнен двухступенчатым гидравлическим. Ускоренное передвижение подвесной плиты осуществляется цилиндрами малого сечения, а запирание инструмента заданным усилием – силовым гидроцилиндром. 

Механизм запирания представляет собой четырехколонный горизонтальный пресс. (18) 

Колонны соединяют переднюю неподвижную плиту и цилиндр, образуя жесткую пространственную раму. По колоннам перемещается промежуточная и подвижная плита. На промежуточной плите монтируются цилиндры ускоренных перемещений 34 и цилиндр заслонки 3. Предварительно форма ускоренно запирается при низком давлении рабочей жидкости плунжером цилиндра. Окончательно форма запирается при высоком давлении рабочей жидкости, нагнетаемой в гидроцилиндр.

Механизм впрыска перемещается вдоль оси двумя плунжерами. Перерабатываемый материал, поступающий из бункера 14, нагревается и расплавляется электронагревательными элементами, размещенными по окружности обогреваемых цилиндров 11, а пластицируется и впрыскивается в форму червяком через сопло. В форме осуществляется выдержка материала под давлением, вследствие чего добиваются полного заполнения формы расплавом. После этого производится принудительное охлаждение и размыкание формы. (19)

При размыкании инструмента давление подается одновременно в поршневые полости цилиндров ускоренных перемещений 34 и штоковую полость цилиндра заслонки 3. При образовании зазора между заслонкой и торцом штанги, заслонка выводится в верхнее исходное положение, а промежуточная плита продолжает движение до положения, определяемого настройкой конечного выключателя. Затем происходит быстрый отвод подвижной плиты и удаление из формы готового изделия.

Технологическая схема производства изделий из термопластов литьем под давлением включает в себя следующие стадии:

- разгрузку, подвозимого железнодорожным транспортом поз. 19, сырья с помощью электропогрузчиков поз.1 и складирование контейнеров поз.2.

- транспортировка растаренного сырья пневмотранспортом поз.5 на общезаводской склад сырья поз.6.

- транспортировка растаренного сырья пневмотранспортом на цеховой склад сырья поз.7.

- подача сырья пневмотранспортом на литьевую машину поз.8 и точная дозировка сырья.

- подача сформованных изделий ленточным транспортером поз.9 на автомат механической обработки поз.10.

- подача изделий, прошедших механическую обработку вертикальным транспортером поз.11 на счетное устройство поз.13.

- подача изделий на автоматизированный склад продукции поз.15 и автомат упаковки поз.14.

- отгрузка готовой продукции цехам потребителям или внешним покупателям с помощью электрокара поз.1.

Производится также улавливание дисперсных и газообразных выделений в атмосферу с помощью системы бортовых отсосов поз.16, рукавных фильтров поз.22 и абсорберов поз.23. При переработке выполняются следующие мероприятия: отходы, после их образования, собираются в контейнер, собранные отходы попадают в устройство для измельчения, измельченные отходы смешивают с основным сырьем и направляют в приемное устройство термопластавтомата. Содержание отходов в сырье обычно составляет 5-10%. 



1.4 Основные параметры технологического процесса



- транспортирование гранул полиэтилена и концентратов «Боско» пневмотранспортной системой:

емкость системы не лимитируется; 

производительность, т/г – 50…50000

- дозирование полиэтилена и концентратов «Боско» ленточным дозатором: температура и давление – нормальные;

точность дозирования, % - до 1 

- подсушивание сырья в токе горячего воздуха:

допустимая влажность сырья после сушки, % - 0,1;

температура воздуха, °С – 80…100;

продолжительность сушки – 0,5…1

- литье под давлением:

продолжительность впрыска, с – 15…20;

продолжительность охлаждения, с – 45…50;

температура по зонам °С:

I 100±10

II 130±10

III 160±10 

IV 180±10

давление, МПа 150-300;

температура формы, °С 60-70;

- механическая обработка патронов на полуавтоматическом станке:

диаметр изделия 15…100 мм

- установка для измельчения отходов:

температура и давление – нормальные

- гранулирование и измельчение отходов:

температура экструзии, °С 200-250;

давление на выходе экструдера, МПа 30-40;

температура воды гранулята, °С 20-50

- сушка гранул перерабатываемых отходов:

степень заполнения барабанной сушилки, % 20…30;

температура воздуха, °С 80…90;

продолжительность сушки, ч - 1;

давление сушки - нормальное 



1.5 Техническая характеристика основного технологического оборудования



По конструкции пластикатора литьевые машины можно разделить на две основные группы: машины с пластикаторами плунжерного и шнекового типов. Известны конструкции плунжерных литьевых машин с раздельным устройством пластикатора и литьевого цилиндра. В машинах такого типа пластикация очередной порции полимерной композиции совмещается по времени с охлаждением отформованного изделия. Расплав при этом поступает из пластикатора в литьевой цилиндр, постепенно отодвигая назад литьевой плунжер. Пластикаторы поршневого типа не могут обеспечить достаточно равномерное распределение температуры в различных точках расплава, так как нагрев осуществляется за счет теплопередачи от стенок пластикатора к расплаву. В этих условиях для создания соответствующего теплового потока необходим значительный переход температур. К тому же однородность теплового поля в пластикаторах поршневого типа снижается с увеличением производительности машины, вследствие уменьшения времени пребывания расплава в пластикаторе. (20)

В литьевых машинах (термопластавтоматах) плавление и пластикация полимерных композиций происходит в цилиндре со шнеком. Наибольшее распространение получила конструкция шнекового пластикатора, в котором шнек может не только вращаться, но и совершать вращательно-поступательное движение за счет изменения давления в гидравлическом цилиндре. Применяются также однопозиционные и двухпозиционные машины, а также роторные линии применяются на предприятиях, имеющих ассортиментные программы, не подтвержденные частым изменениям. 

 Выбираем литьевую машину со шнековой пластикацией. Марка литьевой машины: машина однопозиционная для литья под давлением термопластичных материалов усилием 4000 кН- модели ДЗ 136-1000. В России производство литьевых машин было основано в 1950-1951 годах и с тех пор машины постоянно совершенствуются, т.к. современная промышленность предъявляет все более высокие требования к конструкции и технологическим возможностям литьевых машин. В настоящее время выпускают литьевые машины серии ТП с объемом отливки от двух до тридцати тысяч см3: 8,16,32,63,125, 250, 500, 1000 см. До 1966 г. выпускались машины серии ТП с объемом впрыска от 8 до 1000 см3 горизонтального типа. С 1966 г. выпускаются отечественные машины модели Д с объемом впрыска от 8 до 1000 см3 (ГОСТ 10767-64), горизонтального типа, с червячной пластикацией. Конструкцию машин постоянно совершенствуют по всем основным узлам. 

Основными заводами – изготовителями литьевых машин в России являются: Одесский завод прессов и Хмельницкий завод термопластавтоматов. Из зарубежных машин наибольшее распространение на заводах нашей страны получили машины из Германии серии KUASY. 

В эксплуатации находятся машины этой серии с объемом впрыска от двух до четырех см3. (16)

Литьевая машина – горизонтального типа. Инжекционная часть машины с червячной пластикацией – одноцилиндровой конструкции. Вращательное движение червяк получает от гидропривода через червячный редуктор. Число оборотов червяка регулируется от 40 до 180 об/мин. Поступательное движение червяку сообщается от гидроцилиндра впрыска. 

Материальный цилиндр имеет три зоны обогрева. 

Механизм запирания выполнен двухступенчатым гидравлическим. Колонны соединяют переднюю неподвижную плиту и цилиндр, образуя жесткую пространственную раму. 

Литьевая машина может работать накладочном, полуавтоматическом и автоматическом режимах, а также в режиме с установкой арматуры, когда подвижная плита после движения до упора и сброс изделия отходит на некоторое расстояние назад для возврата выталкивающей системы формы в исходное положение. Электроаппаратура машин располагается в отдельном шкафу, гидрооборудование и масляный бак смонтированы в станине.



1.6 Технологические расчеты



а) материальные расчеты

Технологический процесс изготовления патронов конических состоит из ряда стадий, потери материала на которых составляют % (мнс)

I хранение и транспортировка материала - 5 

II литье изделий - 3

III отделение литников – 3,8

IV дробление литников – 0,5

V гранулирование измельченных литников – 2,5, материальный баланс составит на 1000 шт патронов. Краситель и антистатик вводится в ПЭ 2% каждый. Масса одного патрона 0,056 кг, норма расхода материала 0,06 кг. 

ПЭ в патроне содержится 100-2-2=96% или (56.96):100=53,76 кг.

Краситель и антистатик содержится (56-53,76):2=1,12 кг

Материальный баланс: I стадия (в кг)

приход: расход:

гранулы 55,7376 гранулы 55,4592

потери 0,2784

итого 55,7376 55,7376

II стадия (кг)

приход: расход: 

гранулы 55,4592 изделия с литником 55,912

измельченные литники 2,141 потери 1,6876

 итого 57,6 57,6

III стадия (кг)

приход: расход:

изделия с литником 55,912 готовые изделия 53,76

литники 2,1523

итого 55,912 55,912

IV стадия (кг)

приход: расход: 

литники 2,15 измельченные литники 2,14 

потери 0,01

итого 2,15 2,15

V стадия (кг)

приход: расход:

дробление отходов 2,15 гранулы 2,098

потери 0,053

итого 2,15 2,15

Удельный расход ПЭ

(100.60):56=1071кг/mпрод – удельный расход материала на 1 т готового продукта 1071 кг/m.0,96=1028 кг/m готового продукта.

Расчет оборудования.

1.Расчет оптимальной гнездности: 



nо = (Aо · τохл ) : ( 3,6 · Gи · K1 ) = (101,25 кг/ч · 0,0125 г) : ( 3,6 · 0,056 кг · 1,02 ) = 6,15



nо – оптимальная гнездность

Aо – требуемое тостикац. произв. кг/ч

Aо = Aн · β2 = 135 кг/ч · 0,75 = 101,25 м/ч

Aн - номин. произв. кг/ч = 135 кг/ч



β 2 = 0,75

τохл = время охлажд.

Gи – масса изделия, кг

k1 = 1,02

2.Расчет требуемого усилия смыкания:



Pо = 0,1q · Fпр · nо · k2 · k3 = 0,1 · 32 · 106 · 0,08 · 6 · 1,1 · 1,25 = 2112 кг



q – давление точности в оформляющем гнезде, МПа

Fпр – площадь проекции изделий на площадь разъема

k2 – коэффициент, учитывающий площадь литника, k2 = 1,1

k3 – коэффициент, учитывающий использование максимального усилия смыкания на 80-90% примен. k3= 1,25

Требуемое усилие смыкания должно удовлетворять условию Pо < Pнт 2112 кН < 2451,7 кН

Pнт – номинальное усилие смыкания плит термоавтомата, кН

3.Расчет гнездности, обусловленной объемом впрыска термоавтомата: 



nо = (β1 · Qп) : ( Qи· k1) = (0,65 · 570) : ( 61,8 · 1,02) = 5,8



β1 – коэффициент использов. машины = 0,6…0,7, возьмем 0,65

Qп – номин. объем впрыска, см3



Qи = m/ρ = 0,056/905 = 0,0000618 = 61,8 см3 



4.Расчет гнездности, обусловленной усилием смыкание плит термопластавтомата:



np= (10Pнт) : (q · Fпр· k1· k2) = (10 · 2500 · 103) : (32 · 106 · 0,08 · 1,1 · 1,25) = 7,1

nn = min[5,8; 7,1; 6,15] = 6 

5.Расчет литниковой системы:



dр = 0,2 √( V/nτυ ) = 0,2√( 510/3,14 · 20 · 550) = 0,02 м



dр – расчетный диаметр центрального литникового конуса

V – объем впрыска, см3

τ – продолжительность впрыска, с

υ – средняя скорость течения расплава = 550 см/с

длина центрального литника l < (15 ÷ 9)α



l = 8 · 0,02 = 0,16 см



6.Расчет производительности ТПА:



Q = 3600 m · n/τц = 3600 · 0,056 · 6/(17 + 47) = 18,9 кг/ч



m – масса изделия, кг

n – число гнезд в форме

τц – время цикла, с 

7.Объем отливки при оптимальной гнездности:



Qо = nо · Qи· k1 · β1 = 61,8 · 6 · 1,02 · 0,65 = 245,84 см3

Qо < Qи

245,84 см3 < 450…570 см3



Qи – номинальный объем впрыска, см3:

Qо – объем отливки, см3

Qк – объем одного изделия, см3

h1 – коэффициент, учитывающий объем литниковой системы

β1 – коэффициент использования ТПА

8.Расчет числа ТПА:

Если мощность предприятия составляет 400 000 кг/год продукции, то число ТПА определяется:



400000 кг/год : 0,056 кг/m = 7142657 шт/год

400000 кг/год : 365 – (104 + 10) = 1593,6 кг/сут

400000 – годовая производительность, кг/год

0,056 – масса одного патрона, кг

365 – число суток в году

104 - число выходных дней в году

10 – число праздничных дней в году



При двухмесячной работе 8-ми часовом рабочем дне и двумя выходными производительность в год



1594 : 16 = 99,6 кг/ч



Если производительность одного ТПА составляет 18,9 кг/ч то число ТПА равно 



99,6 кг/ч : 18,9 кг/ч = 5,3



Число ТПА равно 6 с учетом резерва


2.Раздел «КИП и А»



Основными технологическими параметрами контролируемыми и регулируемыми в процессе литье под давлением являются:

температура расплава ПЭ, т.к. полиэтилен относится к кристаллическим полимерам, которые имеют узкий интервал температуры перехода в вязкотекучее состояние, что усложняет их переработку вызывает необходимость точнее поддерживать температуру расплава. При нагревании термопласта в интекционном цилиндре должен обеспечиваться равномерный нагрев материала и отсутствие местных перегревов. Необходимо устанавливать такие приборы для регулирования и контроля температур формы. Оптимально допустимая разность температур на поверхности формы не должна превышать 5°-6°С. 

Давление в цилиндре и форме. Под давлением норма ПЭ проходит через обогревательный цилиндр и каналы формы в полость формы давление уменьшается из-за противодействия сил трения. Давление испытываемое расплавом в форме всегда меньше создаваемого поршнем. В процессе отливки и затвердевания изделия давление еще больше уменьшается. ( 20)

Чем выше давление в процессе литья, чем ниже температура термопласта, тем меньше усадка и больше плотность материала в изделии. 

 Продолжительность цикла складывается из времени смыкания формы впрыска, выдержки под давлением и раскрытие формы. Время впрыска зависит от массы отливки формы изделия, сечения впускных каналов, текучести термопласта, температуры и давления расплава в материальном цилиндре и интенсивности охлаждения изделия в форме.

Технологические параметры процесса при существующем конструктивном оформлении не могут регулироваться непосредственно. Требуемое значение этих параметров может быть доступно путем установки определенных значений непосредственно регулируемых машинных параметров цикла.

Обогрев для цилиндра состоит из четырех цепей регулирования. Каждая цепь регулирования состоит из термометра сопротивления, электронного терморегулятора. 

Термометр сопротивления Pт – 100, номинальное сопротивление 1000 Ом, диапазон температур длительного применения 200÷500°С. (12)

Для контроля и регулирования времени, например, время выдержки под давлением, используется реле времени, устройство, контакты которого замыкаются (размыкаются) с некоторой задержкой во времени после получения управляющего сигнала. Величину задержки можно произвольно регулировать, влияя на скорость применения физической величины воздействующей на релейный элемент от момента поступления сигнала до достижения порога срабатывания.

Реле переменного тока применяют в основном на промышленной частоте 50 Гц, они имеют большие размеры, чем соответствующее реле постоянного тока. Для которого давление процесса может использоваться манометр с трубчатой пружиной – наиболее распространенный тип манометров. (11)

К манометру подключены клапаны. После некоторого установленного давления манометр следует отключить запиранием его ввиду продолжения срока службы.


3.Техника безопасности и охрана окружающей среды



В организации техники безопасности на заводах по переработке пластмасс решающее значение имеют следующие мероприятия: борьба с воздействием вредных веществ; предотвращение отходов; обеспечение электробезопасности; предупреждение производственного травматизма; предупреждение взрывов и пожаров; устройство вентиляции; борьба с производственным шумом.

Гранулированный ПЭ при комнатной t не выделяет в окружающую среду токсичных веществ и не оказывает вредное влияние на человека. В процессе переработки при нагревании выше 150°С возможно выделение в воздух летучих продуктов термоокислительной деструкции, содержащих органические кислоты, карбонильные соединения, в том числе формальдегид, окись углерода.

При концентрации перечисленных веществ в воздухе рабочей зоны выше предельно допустимой возможности острые и хронические заболевания. 

Предельно допустимые концентрации в воздухе рабочей зоны по ГОСТ 121,005-76

формальдегид, ПДК – 0,5 мг/м3 класс опасности 2

ацетальдегид, ПДК – 5,0 мг/м3 класс опасности 3

органические соединения, ПДК – 5,0 мг/м3 класс опасности 3

окись углерода, ПДК – 20,0 мг/м3 класс опасности 4

аэрозоль ПЭ, ПДК – 10,0 мг/м3 класс опасности 3

Полиэтилен следует перерабатывать в производственных помещениях, оборудованных вытяжкой машинной и общественной вентиляцией.

Воздух, подаваемый вентиляцией, должен иметь температуру не более 70°С при его подаче на высоте не более 3,5 метра от пола и не более 45°С при его подаче на высоте менее 3,5 м от пола и на расстоянии более 2 м от работающего.

Относительная влажность в рабочих зонах должна быть не ниже 50%.

При переработке концентратов «Баско» при температуре выше 120°С образуется мелкая пыль – формальдегид, ацетальдегид, органические кислоты, окись углерода, т.к. данный концентрат получен на основе полиолефинов.

Гранулированный ПЭ относится к группе горючих материалов. Для тушения полиэтилена и концентратов применяют огнетушители любого типа, воду, огнегасительные пены, инертные газы, песок и т.д. Для защиты от токсичных продуктов, образующиеся в условиях пожара при необходимости применяют изолирующие противогазы марки БКФ.

По пожарной опасности помещения литья под давлением относят к категории В, а по правилам установки электрооборудования к классу П – II – А.

При эксплуатации ТПА К4АSУ 800/850 существуют опасности:

- при впрыске массы в воздух существует опасность попадания горячих брызг на рабочих.

- не просовывать руки снизу через вентиляцию в камеру литьевой формы.

- при длительном соприкосновении с пластикатором возможны ожоги.

На ТПА существуют следующие устройства по ТБ:

- защитная решетка на обеих сторонах замыкающего устройства.

- защита нагрева на пластификаторе.

- покрытие кулачкового пути на приводном устройстве.

- покрывающая жесть над направляющими приводного устройства.

- защитная клеть над выступающим концом пустотелого вала на впрыскивающем цилиндре.

Основные правила безопасного обслуживания оборудования:

- ТПА должен подвергаться переодической проверке специалистами на исправность работы механизмов и автоматики.

- перед началом работы проверить наличие заземления, исправность машины и органов управления. 

- движущиеся части машины должны быть ограждены.

- наличие защитного отключения.

- в опасных местах должны быть предупредительные знаки.

- на полу перед ТПА должен быть резиновый коврик или деревянная решетка.

Для ликвидации шума и вибрации (не выше 85-90 дБ) дробилку, литьевую машину и др. аппараты следует устанавливать на амортизаторах.

Общим правилом техники безопасности при работе с оборудованием является обязательный инструктаж и периодическая проверка знаний обслуживающего персонала; запрещение работы на другом оборудовании, кроме порученного; запрещение проводить какие-либо ремонтные работы на включенном оборудовании.

Необходимо соблюдать всеобщие правила техники безопасности при работе на кузнечно-прессовом оборудовании, требования ГОСТ.

На машине предусмотрены защитные устройства и блокировки, предохраняющие оператора при работе, перечень защитных устройств и их расположения.

Периодически проверяют правильность работы блокировочных устройств до начала каждой смены.

- не приступать к работе без предварительного ознакомления с руководством по эксплуатации.

- категорически запрещается работать на машине при неисправных блокировках и снятых ограждениях.

При работе машины не должно быть рывков и ударов, что достигается тщательной регулировкой и отладкой гидропривода, правильной выставкой литников, воздействующих на конечные выключатели.


Заключение



Химическая наука и химическая промышленность в настоящее время являются одними из ведущих отраслей, которые обеспечивают научно технический прогресс в обществе. Одной из наиболее быстроразвивающихся областей химической промышленности является переработка полимерных материалов.

В курсовом проекте разработан литьевой участок производства полимерных изделий из ПЭВД. Предложена экономически целесообразная и экологически безопасная технологическая схема.

В технологической части предлагается модификация полиэтилена на стадии переработки путем введения капсулированной антистатической добавки фирмы «Баско» марки Т0021/01 в термопластавтомат модели ЛПД 500/160, что позволит улучшить потребительские свойства изделий, в частности снизить электризуемость изделий в процессе эксплуатации.


Список использованных источников



Гусева Л.Р. Состояние производства и рынка термопластов в России // Пластические массы – 1998 - №2 – С.3-8.

Абрамов В.В. Состояние и перспективы развития промышленности переработки пластмасс в России // Пластические массы – 1999- №5 – С. 3-6.

ТУ 17-40-1005-90. Патроны конические с резервной намоткой.

Технология пластических масс. / Под ред. В.В. Коршака – 2е изд. перераб. и доп. – М: Химия, 1976 – 608 с.

ТУ 2243-001-23124265-2000 Концентраты «Бочко» Технические условия.

Швецов Г.А. Технология переработки пластмасс / Г.А. Швецов, Д.У. Алимова, М.Б. Барышникова. – М: Химия, 1982 – 512 с.

Оленев Б.А. проектирование производств по переработке пластмасс – М: Химия, 1982 – 256 с.

Конвективно-лучевая сушка литьевых термопластов в фонтанирующем слое / Ю.К. Сударушкин, А.Б. Шетовская, Д.С. Рогонов, М.Ю. Соколов // Пластические массы – 2000 - №4 – С. 35-38.

Технология получения крупногабаритных изделий из полиэтилена и других термопластов / И.М. Крюкова, И.И. Сивирская, Б.В. Шмелев и др. // Пластические массы – 2000 - №2 – С. 34-36.

Технологии и оборудования для изготовления изделий из пластмасс и резин / Ю.К. Сударушкин, Д.С. Рогонов, А.В. Лизин и др. // Пластические массы – 1999 - №4 – С. 39-43.

Ковецкин Г.Д. Оборудования для производства пластмасс - М: Химия, 1986 – 224 с.

Универсальная установка измельчения «мелких» полимерных отходов / Т.Г. Белобородова, А.К. Попов, И.С. Миненер // Пластические массы – 2002 - №7 – С. 46-48.

Носков Д.В. Оценка пригодности вторичных полимеров / Д.В. Носков, Г.П. Овчинникова, С.Е. Артеменко // Пластические массы – 2002 - №8 – С. 45-46.

Пластические отходы, их сбор, сортировка, переработка, оборудование. Промышленный обзор по материалам // Пластические массы – 2001 - №12 – С. 3-9.

Пономарева В.Т. Использование пластмассовых отходов за рубежом / В.Т. Пономарева, Н.Н. Лихачева, З.А. Ткачин // Пластические массы – 2002 - №5 – С. 44-48.

Глукалов К.В. Как найти то, что нужно // Пластические массы – 2001 - №7 – С. 3-4.

ГОСТ 26996-86 Полиэтилен. Технические условия – взамен ГОСТ 26996-73; Введ. 01.01.87 – М: издательство стандартов, 1986 – 18 с.

Оленев Б.А. Проектирование производств литья под давлением термопластов / Б.А. Оленев, Е.М. Морднович, В.Ф. Кальнин – М: Химия, 1985 – 342 с.

Ким В.С. Оборудование подготовительного производства заводов пластмасс / В.С. Ким, В.В. Скачков – М: Машиностроение, 1977 – 183 с.

Загородный В.К. Механизация и автоматизация переработки пластических масс. 1970 – 596 с.

 Оборудование для переработки пластмасс: Справочное пособие / Под ред. В.К. Загородного – М: Машиностроения, 1976 – 407 с.