Получение деталей из пластмассы - Технология - Скачать бесплатно
Государственный комитет РФ по народному образованию.
Ковалев В. Г.
Основы технологии изготовления деталей из пластмасс.
Учебное пособие по курсу “Технология приборостроения”
Москва,1998
Содержание
1. Введение
....................................................................
...................... 3
2. Физико-химические основы строения полимеров
.................... .... 4
2.1. Строение полимеров
....................................................................
. 4
2.2. Свойства полимеров
....................................................................
.. 5
2.3. Пластические массы
....................................................................
. 8
2.3.1. Классификация пластмасс
......................................................... 8
2.3.2.Технологические свойства
........................................................ 10
2.3.3. Физико-химические основы переработки
............................... 11
2.3.4. Марочный ассортимент
............................................................ 14
3. Выбор пластмасс
....................................................................
........ 15
3.1. Признаки выбора
....................................................................
..... 15
3.2.Порядок выбора и алгоритм выбора
............................................ 15
4. Способы изготовления деталей из пластмасс
............................... 20
4.1.Классификация способов
............................................................. 20
4.2. Способы горячего формования
.................................................. 20
4.2.1. Подготовка полимеров к переработке
..................................... 21
4.2.2. Особенности формования аморфных полимеров
.................... 23
4.2.3. Особенности формования кристаллизующихся полимеров ... 24
4.2.4. Температурно-временная область переработки
...................... 26
4.2.5. Технологическая характеристика способов
горячего формования
....................................................................
......27
4.3. Способы механической обработки
............................................. 33
4.3.1. Особенности обработки
........................................................... 34
4.3.2. Технологическая характеристика способов
обработки........... 35
5. Выбор способа изготовления детали
............................................. 37
6. Технологичность конструкции детали
…....................................... 38
Задания для самоконтроля
.................................................................
55
Аннотация
В работе представлены физико-химические основы строения,
классификация, свойства, выбор пластмасс и способы переработки;
представлены также технологические особенности горячего формования
и механической обработки пластмасс. Для выбора материала и способа
переработки приведены алгоритмы.
Весь материал в работе изложен с учетом новейших достижений в
области строения, классификации и особенностей переработки
пластмасс.
Учебное пособие предназначено для самостоятельного изучения
раздела ТПС “Основы технологии изготовления деталей из пластмасс”
студентами приборостроительных специальностей МГТУ им. Н.Э.
Баумана.
1.Введение.
Пластмассы - материалы на основе органических природных,
синтетических или органических полимеров, из которых можно после
нагрева и приложения давления формовать изделия сложной
конфигурации. Полимеры - это высоко молекулярные соединения,
состоящие из длинных молекул с большим количеством одинаковых
группировок атомов, соединенных химическими связями. Кроме полимера
в пластмассе могут быть некоторые добавки.
Переработка пластмасс - это совокупность технологических
процессов, обеспечивающих получение изделий - деталей с заданными
конфигурацией, точностью и эксплуатационными свойствами.
Высокое качество изделия будет достигнуто, если выбранные
материал и технологический процесс будут удовлетворять заданным
эксплуатационным требованиям изделия: электрической и механической
прочности, диэлектрической проницаемости, тангенсу угла
диэлектрических потерь, прочности, плотности и т.п. Эти требования
должны быть учтены при создании элементной базы (микросхем,
микросборок и т.п.) и элементов базовых несущих конструкций (БНК),
печатных плат, панелей, рам, стоек, каркасов и др.
При переработки пластмасс в условиях массового производства для
обеспечения высокого качества изделий решают материаловедческие,
технологические, научно-организационные и другие задачи.
Материаловедческие задачи состоят в правильном выборе типа и
марки полимера, таким образом, чтобы обеспечить возможность
формования изделия с заданными конфигурацией и эксплуатационными
свойствами.
Технологические задачи включают в себя всю совокупность вопросов
технологии переработки полимеров, обеспечивающих качество изделия:
подготовку полимеров к формованию, разработку-определение
технологических параметров формования, разработку инструмента,
выбор оборудования.
Основные этапы работы по применению пластмасс в изделиях
следующие:
1. Анализ условий работы изделия, разработка требований к
эксплуатационным свойствам.
2. Выбор вида пластмассы по заданным требованиям и
эксплуатационным свойствам изделия.
3. Выбор способа переработки пластмассы в изделие и
оборудования.
4. Выбор базовой марки пластмассы и на её основе марки с
улучшенными технологическими свойствами.
5. Конструирование, изготовление, испытание и отладка
технологической оснастки и др.
2. Физико-химические основы строения.
2.1. Структура полимеров.
Полимеры состоят из повторяющихся групп атомов - звеньев
исходного вещества - мономера, образующих молекулы в тысячи раз
превышающих длину неполимерных соединений, такие молекулы называют
макромолекулами. Чем больше звеньев в макромолекуле полимера
(больше степень полимеризации), тем более прочен материал и более
стоек к действию нагрева и растворителей. Из-за невозможности
эффективной переработки малоплавкого и труднорастворимого полимера
в ряде случаев получают сначала полуфабрикаты - полимеры со
сравнительно низкой молекулярной массой - олигомеры, легко
доводимые до высоко молекулярного уровня при дополнительной
тепловой обработке одновременно с изготовлением изделия.
В зависимости от состава различают группы полимерных соединений:
гомополимеры - полимеры, состоящие из одинаковых звеньев мономеров;
сополимеры - полимеры, состоящие из разных исходных звеньев
мономеров; элементоорганические - соединения с введен-ными в
главную цепь или боковые цепи атомами кремния (кремнийорганические
соединения), бора алюминия и др. Эти соединения обладают повышенной
теплостойкостью.
Форма молекул может быть: линейная неразветвленная (рис. 1, а),
допускающая плотную упаковку; разветвленную (рис. 1, б), труднее
упаковываемая и дающая рыхлую структуру; сшитая - лестничная (рис.
1, в), сетчатая (рис. 1, г), паркетная (рис. 1, д), сшитая
трехмерно-объемная (рис. 1, е), с густой сеткой поперечных
химических связей.
У органических полимерных материалов макроструктура образована
либо свернутыми в клубки (глобулы) гибкими макромолекулами, либо
пачками-ламелями более жестких макромолекул, параллельно уложенных
в несколько рядов (рис. 2, а), так как в этом случае они имеют
термодинамически более выгодную форму, при которой значительная
часть боковой поверхности прилегает друг к другу. На участках
складывания образуются домены, а домены создают фибриллы, связанные
проходными участками (рис. 2, б). Несколько доменов, соединяясь по
плоскостям складывания, образуют первичные структурные элементы -
кристаллы, из которых при охлаждении расплава возникают
пластинчатые структуры - ламели. В процессе складывания ламелей
концы молекул могут находиться в разных плоскостях; иногда эти
концы молекул частично возвращаются в начальную плоскость - в этом
случае они создают петли (рис. 3).
2.2. Свойства полимеров.
Все свойства полимеров зависят от их химического состава и
молекулярной массы. Прочность, твердость, температура перехода,
диэлектрическая проницаемость, электрическая прочность,
электросопротивление, тангенс угла диэлектрических потерь и другие
свойства у различных полимеров изменяются в широком диапазоне
(табл. 1).
Полимеры в твердом состоянии могут быть аморфными и
кристаллическими. При нагревании аморфного полимера наблюдают три
физических состояния: стеклообразное, высокоэластичное и
вязкотекучее. Эти состояния устанавливают на основании кривой
термомеханического состояния (рис. 4, кривая 1). Аморфный полимер
находится ниже температуры стеклования (Тс) в твердом агрегатном
состоянии. При температуре выше Тс полимер находится в
высокоэластичном состоянии; молекулярная подвижность при этом
становится настолько большой, что структура в ближнем порядке
успевает перестраиваться вслед за изменением температуры, а
макромолекулы могут изгибаться под действием внешних сил. Общая
деформация складывается в этом случае из упругой и запаздывающей
высокоэластичной деформации. При упругой деформации изменяются
средние межцентровые, межмолекулярные расстояния и валентные углы в
полимерной цепи, при высокоэластичной деформации изменяется
ориентация и перемещаются на значительные расстояния звенья гибких
цепей.
Кристаллизующийся полимер в зависимости от скорости охлаждения
расплава полимера может проявлять два вида структур: аморфную и
кристаллическую. При медленном охлаждении кристаллизующихся
полимеров совместная укладка отрезков макромолекул образует
структуру макромолекул. Это затрудняет переход их из одной
конформации в другую, из-за чего отсутствует гибкость макромолекул
и нет высокоэластичного состояния (рис. 4, кривая 2). При быстром
охлаждении кристаллические структуры не успевают полностью
сформировываться и поэтому имеется между ними в переохлажденном
полимере “зомороженная” - аморфная структура. Эта аморфная
структура при повторном нагреве до температуры выше температуры
плавления (Тпл) создает вязкотекучее состояние. Кривая 2 на рис. 4
показывает для кристаллической структуры полимера два состояния:
кристаллическое (до температуры плавления) и вязкотекучее (выше
температуры плавления).
Вязкотекучее состояние, характерное для аморфного и
кристаллического состояния полимера, в основном, обеспечивает при
течении полимера необходимые деформации путем последовательного
движения сегментов. Вязкость полимера увеличивается с увеличением
молекулярной массы полимера, увеличивается также при этом и
давление формования изделий.
На рис. 4 представлены термомеханические кривые термопластов, а
термомеханическая кривая реактопластов - на рис. 5. Отличие прежде
всего заключается в полном прекращении при температуре
полимеризации деформации термореактивных полимеров, у термопластов
при температуре выше температуры ТТ деформация увеличивается. В
заключении отметим, что с увеличением температуры до некоторой
величины у полимерного материала начинается процесс термодеструкции
- разложения материала.
Свойства полимеров, определяющие качество в процессе
переработки:
1) реологические: а) вязкостные, определяющие процесс вязкого
течения с развитием пластической деформации; б) высокоэластичные,
определяющие процесс развития и накопления обратимой
высокоэластичной деформации при формовании; в) релаксационные,
определяющие релаксацию (уменьшение) касательных и нормальных
напряжений, высокоэластичной деформации и ориентированных
макромолекулярных цепей;
2) стойкость полимеров к термоокислительной, гидролитической и
механической деструкции в процессе формования под действием
температуры, кислорода, влаги, механических напряжений;
3) теплофизические, определяющие изменение объема, нагрев и
охлаждение изделия в процессе формования и фиксирования формы и
размеров;
4) влажность, определяющая текучесть материала при формовании и
качество изделия (вызывает гидролитическую деструкцию при
формовании);
5) объемные характеристики сыпучих материалов в твердом
состоянии (насыпная масса, сыпучесть, гранулометрический состав).
Вязкостные свойства расплава полимеров. Формование изделий из
полимеров осуществляют в
|
