Федеральное агентство по образованию РФ 
 
 
 
 
 
 
 
 

курсовая  работа по дисциплине

«Физика (старение износа) материаловедение»

на тему: «Старение полимерных материалов» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Якутск 2011

 

  

                                               ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………..3

ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ…………………………………………………………………5    

1.1 Методы формования изделий из ненаполненных и наполненных полимерных материалов. Формования под давление......................................7

1.2 Методы  переработки армирования полимерных  материалов………….18

1.3 Методы обработки изделий из полимерных материалов………………25

ГЛАВА 2. СТАРЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ………………………………………………………………….28

2.1 Применение  полимерных материалов……………………………………..28

2.2 Старение  полимерных материалов……………………………………….29

2.3 Изменение  свойств полимерных материалов……………………………..31

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………...37

СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННОЙ  ЛИТЕРАТУРЫ…………………………..39

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

     В настоящее время предусматривается дальнейшее улучшение обслуживания населения страны всеми видами транспорта, в том числе и железнодорожным транспортом. Решение этой проблемы возможно не только путем создания новых видов подвижного состава, в которых наравне с техническими показателями учитываются требования экономики, технологичности, технической эстетики и т.д., но также путем повышения эффективности технического обслуживания транспорта, обязательным условием которого является обеспечение быстрого и качественного ремонта подвижного состава. В настоящее время к отремонтированному подвижному составу предъявляются новые, современные требования.

     Опыт  свидетельствует, что из всех климатических  воздействий особенно способствует старению полимеров ультрафиолетовое излучение. Каждый день мы сталкиваемся с его последствиями -это и трещины на покрышках грузовиков, и хрупкость полиэтиленовой пленки, и понизившаяся прозрачность гофрированного плексигласа ( 135). Причину этих явлений можно найти в фотохимических реакциях, ускоряющих окислительные процессы. Как правило, в процессе старения постоянно участвует кислород воздуха. Благодаря ему даже видимый свет поставляет необходимую энергию активации для возбуждения фотохимического окисления. Необходимая энергия диссоциации составляет лишь (70ч-1Ю)-1СГ4 Дж/моль. Это проявляется в более или менее ярко выраженном падении прочности и формуемости полимеров. Кроме того, существенно снижается прозрачность материалов, пропускавших ранее свет. Гофрированный стеклопластик после пятилетней эксплуатации в естественных условиях поглощает до 50% света, проходившего через новый материал, если, конечно, не предприняты контрмеры.

     Актуальностью курсовой работы является важность проблемы старения полимерных материалов в науке. Цель работы – выяснить и исследовать природу старения полимерных материалов. На основе цели исследования необходимо решить следующие задачи:

     - изучить методы формирования  изделий из ненаполненных и  наполненных материалов;

     - рассмотреть методы переработки  армированных полимерных материалов;

     - изучить методы обработки изделий из полимерных материалов;

     - проанализировать применение полимерных  материалов и их изучить старение;

     - сделать выводы по курсовой  работе.

     В ходе написания курсовой работы были использованы материалы таких авторов  как Лосев И.П., Кулезнев В.Н., Стрепихеев А.А., Кноп А.N., Горбунов Б.Н., Тугов И.И., Смирнов О.В, Аверко-Антонович И.Ю. и другие.

     Курсовая  работа состоит из двух глав, введения, заключения, списка использованной литературы.

 

Глава 1. Технология изготовления полимерных материалов

 

     Технологический процесс переработки включает контроль качества исходного материала или  его компонентов, подготовительных операции, в ряде случаев формирование заготовки изделия, собственно формование изделия, последующие механические и различного рода обработки, обеспечивающие улучшение или стабилизацию свойств материала или изделия, нанесение покрытий на изделие, контроль качества готового изделия и его упаковку.

     Основные  параметры процессов переработки - температура, давление и время. Нагревание П.м. приводит к увеличению податливости материала при формовании путем перевода его в вязкотекучее или эластическое состояние, к ускорению диффузионных и релаксационных процессов, а для реактопластов - к последующему отверждению материала. Давление обеспечивает уплотнение материала и создание изделий требуемой конфигурации, оказывает сопротивление внутренним силам, возникающим в материале при формовании вследствие температурных градиентов и градиентов фазовых переходов. способствует выделению летучих продуктов. Временные параметры процесса переработки выбираются с учетом протекающих в материале физ. и хим. процессов. Оптимальные параметры рассчитывают или выбирают по результатам анализа технологических свойств полуфабрикатов и изделий, физические модели формования с учетом накопленного статистического опыта.

     Переработка термопластов основана на их способности при нагревании выше температуры стеклования переходить в эластическое, а выше температуры текучести и температуры плавления - в вязкотекучее состояние и затвердевать при охлаждении ниже температуры стеклования и температуры плавления. При переработке реактопластов и резиновых смесей происходит химическое взаимодействие между молекулами (соотвенно отверждение и вулканизация)с образованием нового, высокомолекулярного материала, находящегося в термостабильном состоянии и практически не обладающего растворимостью и плавкостью (см. Сетчатые полимеры. а также Пластические массы). В некоторых случаях (главным образом при переработке резиновых смесей) для облегчения смешения с ингредиентами и дальнейшего формования изделий проводят предварит. пластикацию полимеров.

     Деформирование  полимерных материалов в эластическом состоянии и при течении расплава сопровождается ориентацией макромолекул и надмолекулярных образований, а после прекращения деформирования полимерных материалов и течения расплава идет обратный процесс-дезориентация. Степень сохранения ориентации в материале изделия зависит от скоростей протекания обоих процессов. В направлении ориентации некоторые физико-механические характеристики материала (прочность, теплопроводность) возрастают; при этом структура материала оказывается неравновесной и напряженной, что приводит к снижению формоустойчивости изделия, особенно при повышенной температуре. Длительное воздействие повышенной температуры, а в случае реактопластов и значительное выделение теплоты, сопровождающее отверждение, может приводить к термоокислительной деструкции материала, а большие скорости течения материала - к его механодеструкции. Отверждение ряда реактопластов по реакции поликонденсации сопровождается выделением низкомолекулярных продуктов, вызывающих образование вздутий и трещин в изготовляемых деталях.

     Охлаждение кристаллизующихся полимерных материалов сопровождается образованием кристаллов. скорость роста, размеры и структура которых зависят от интенсивности охлаждения материала. Регулируя степень кристалличности и морфологию кристаллов. можно направленно изменять эксплуатационные характеристики изделия.

     Полуфабрикаты полимерных материалов (или компоненты), предназначенные для формования, могут быть в виде жидкостей (компаунды на основе мономеров и олигомеров. растворы и дисперсии полимеров и олигомеров., паст (резиновые смеси, премиксы на основе полиэфирных и эпоксидных связующих), порошков (наполненные и ненаполненные полимеры. твердые смолы и олигомеры), гранул (ненаполненные полимеры. смолы, олигомеры или полимеры. наполненные дисперсными частицами или армированные короткими волокнами), пленок, листов, плит, блоков (пластмассы и резиновые смеси), рыхловолокнистых композиций (спутанноволокнистые материалы, пропитанные связующим), препрегов на основе непрерывных волокнистых наполнителей (нити, жгуты, ленты, ткани, бумага. маты, пропитанные связующим, шпон). По технологическим возможностям ненаполненные, наполненные дисперсными частицами или армированные волокнами полимерные материалы идентичны и перерабатываются в изделия одинаковыми методами.

1.1 Методы формования изделий из ненаполненных и наполненных полимерных материалов. Формование под давлением

 

     Прямое  прессование применяют для изготовления изделий разнообразных форм, размеров и толщин преим. из реактопластов, выпускаемых в виде порошков, гранул, волокнитов. слоистых заготовок из армированных полимерных материалов, а также заготовок из резиновой смеси. Полимерные материалы перед прессованием подвергают подготовке (сушка, таблетирование. предварительный нагрев), улучшающей их технологические свойства и качество получаемых изделий. Подготовленные материалы перед прессованием обычно дозируют. Заданное кол-во перерабатываемого полуфабриката помещают в установленную на прессе нагретую прессформу, конфигурация оформляющей полости которой соответствует конфигурации детали (рис. 1). Прессформу смыкают. Материал нагревается, переходит в вязкотекучее состояние, под давлением 7-50 МПа заполняет оформляющую полость и уплотняется. В прессформе материал выдерживают под давлением до завершения отверждения полимерных материалов или вулканизации сырой резиновой смеси, чем обеспечивается фиксация приданной материалу конфигурации. Готовое изделие выталкивают или извлекают из прессформы, как правило, при температуре прессования.

     В процессе прессования для повышения  качества изделий применяют подпрессовки (попеременные подача и снятие давления) и задержку подачи давления. Подпрессовки способствуют удалению из реактопластов летучих веществ (продуктов реакции, адсорбированной влаги, остатков растворителей). Эта же цель достигается предварительным вакуумированием материала в оформляющей полости прессформы (прессование с вакуумированием). Задержку подачи давления применяют для снижения текучести реактопластов, имеющих при температуре формования очень низкую вязкость. с тем, чтобы предотвратить их вытекание через зазоры прессформы в процессе уплотнения.

     При переработке термопластов прессование применяют для изготовления деталей толщиной >10-15 мм, если при температуре переработки материал имеет слишком высокую вязкость. а также если температура текучести полимерных материалоа близка к температуре его деструкции.

     Литьевое (трансферное) прессование применяют главным образом для переработки реактопластов. Формование осуществляют в прессформах, оформляющая полость которых отделена от загрузочной камеры и соединяется с ней литниковыми каналами (рис. 2). В процессе прессования материал, помещенный в загрузочную камеру нагретой прессформы, переходит в вязкотекучее состояние и под давлением 60-200 МПа по литниковому каналу перетекает в оформляющую полость прессформы, где материал дополнительно прогревается и отверждается.

     Преимущество  литьевого прессования - возможность  изготовления изделий сложных форм с глубокими сквозными отверстиями  малого диаметра или с малопрочной  внутренней (внешней) арматурой. Изделия, полученные этим методом, характеризуются меньшим напряжением, чем при прямом прессовании, так как процесс отверждения в оформляющей полости идет одновременно по всему объему детали, а при заполнении формы создаются условия, обеспечивающие удаление из материала летучих продуктов.

     Литье под давлением применяют преимущественно для изготовления изделий из термопластов. Осуществляют под давлением 80-140 МПа на литьевых машинах поршневого или винтового типа, имеющих высокую степень механизации и автоматизации (рис. 3). Литьевые машины осуществляют дозирование гранулир. материала, перевод его в вязкотекучее состояние, впрыск (инжекцию) дозы расплава в литьевую форму, выдержку в форме под давлением до его затвердевания или отверждения, размыкание формы и выталкивание готового изделия. При переработке термопластов литьевую форму термостатируют (температура ее не должна превышать температуры стеклования или температуры кристаллизации), а при переработке реактопластов нагревают до температуры отверждения. Давление литья зависит от вязкости расплава материала, конструкции литьевой формы, размеров литниковой системы и формуемых изделий. Литье при сверхвысоких давлениях (до 500 МПа) уменьшает остаточные напряжения в материале, увеличивает степень ориентации кристаллизующихся полимеров, что способствует упрочнению материала и обеспечивает более точное воспроизведение размеров деталей.