Метод экструзии

Смотрите также:

• Руководство: Технология сварки пластмасс [ стандарт ]
• Акутин М.С., Афанасьев Н.В. Теоретические основы переработки пластмасс. Часть 2 [ документ ]
• Акутин М.С., Рябушкин И.И. Технология переработки пластических масс [ документ ]
• Конструкции из дерева и пластмасс [ лекция ]
• Алпатов В.М. История лингвистических учений [ документ ]
• Технология машиностроения. Часть 1. Технология производства машин [ документ ]
• Моделирование процессов переработки пластмасс [ документ ]
• Дипломная работа - Сеть кабельного телевидения [ дипломная работа ]
• по интерфейсам ИС [ лекция ]
• Дистанционное образование [ лекция ]
• Теоретические основы машиностроения. Часть 3 [ документ ]
• Кожухина О.Н. Технология производства земляных работ [ документ ]

1.doc

1   2   3   4

^

9.2 Полимеризация винилхлорида

 
Винилхлорид сравнительно легко полимеризуется в присутствии инициаторов и  при ультрафиолетовом облучении. Фотополимеризация винилхлорида, изученная еще в 1912—1916 гг. И. И. Остромысленским, не используется в промышленности из-за трудности регулирования процесса, и промышленное применение получили методы полимеризации в присутствии инициаторов. Полимеризация в растворе утратила промышленное значение из-за необходимости затраты растворителя, а также некоторых других недостатков и применяется иногда для получения сополимеров винилхлорида. 
 
При блочном способе жидкий винилхлорид полимеризуется в стационарных или вращающихся автоклавах в присутствии инициатора, обычно динитрила азодиизомасляной кислоты, а также стабилизаторов. Процесс можно осуществлять как периодическим, так и непрерывным способом. В зависимости от условий полимеризации продукт получается в виде бесцветного прозрачного блока, желтеющего со временем, или в виде порошка. 
 
Блочная полимеризация осложняется трудностью отвода тепла реакции. Процесс протекает ускоренно при конверсии 50%, а затем скорость полимеризации падает. Причина этого явления, называемого гель-эффектом, точно не установлена. 
 
Основными промышленными способами в настоящее время являются эмульсионная н суспензионная полимеризация винилхлорида. Непрерывный способ эмульсионной полимеризации включает следующие операции: приготовление водной фазы, полимеризация, выделение винилхлорида из латекса, стабилизация латекса, выделение поливинилхлорида из латекса, технологическая схема производства, рисунок 43. 
 
 
Рисунок 48 - технологическая схема производства поливинилхлорида латексным методом 
В качестве инициатора применяют перекись водорода или персульфат калия и перэфиры угольной кислоты, а эмульгатором является сульфанолнатриевая соль алкилоензолсульфокислоты со средним числом углеродных атомов в боковой цепи 12—16 
 
В бак 1 заливают обессоленную воду, добавляют эмульгатор, фосфорную кислоту и едкий натр в соотношении (вес. ч.): 
 
Эмульгатор. 3000 
 
Вода обессоленная. 9000 
 
Фосфорная кислота (58%-ная). 45 
 
Едкий натр (50%-ный)..110-115 
 
Едкий натр и фосфорная кислота образуют фосфорнокислую соль, служащую буфером и поддерживающую рН ~ 7. 
 
Эмульгатор растворяют при перемешивании в нагретой до 50— 60°С смеси в течение 5 ч. Полученный раствор пропускают через фильтр-пресс 3 и сливают в сборник 6, откуда раствор поступает в смеситель 8. Здесь к раствору прибавляют обессоленную воду. Вся аппаратура для приготовления раствора эмульгатора — гуммированная. 
 
Перекись водорода перекачивают из алюминиевой емкости 11 в керамический сосуд 13, а из него фарфоровым касосом 14 через алюминиевый мерник 15 в смеситель 8. Едкий натр из мерника 16 и фосфорную кислоту из стеклянных бутылей также подают в смеситель 8. Все компоненты перемешивают 15 мин. 
 
Полимеризацию винилхлорида проводят в эмалированном автоклаве 27 емкостью 12—-13 м³ под давлением 5—8 кгс/ем⁸, при температуре 45—60 °С для получения высоковязкого поливинилхлорида. При получении поливинилхлорида со сниженным молекулярным весом повышают температуру процесса. 
 
Винилхлорид, предварительно подогретый до 10°С в теплообменнике 18, и водную фазу подают в отдельности в автоклав под избыточным давлением 10—11 кгс/см² в сотношении (л/ч): 
 
Винилхлорид 300-330 
 
Водная фаза..270-330 
 
Конверсия винилхлорида составляет при этом режиме около 92%. 
 
Автоклав снабжен лопастной мешалкой, вращающейся со скоростью 60—65 об/мин, и рубашкой, в которую подается в начале процесса горячая вода для подогрева до температуры реакции и во время полимеризации — холодная. Выходящий из автоклава латекс контролируется по плотности, которая должна составлять1,138—1,165 г/см³. 
 
Латекс содержащий свободный винилхлорид, поступает в дегазатор 29 — вертикальный цилиндрический аппарат емкостью 15 м³, разделенный в середине вогнутым днищем. Верхняя и нижняя половины связаны калачом. Внутри аппарата поддерживается вакуум 550—600 мм рт. ст. 
 
Латекс поступает сверху на распределительную тарелку и стекает на полки, на которых быстро освобождается от винилхлорида, и сливается в барометрический приемник 30. Винилхлорид, пройдя пеноуловитель 31, подается водокольцевым насосом 32 в приемник 33. Здесь отделяется вода, поступающая в дегазационную колонну 34, из которой через гидрозатвор 35 сбрасывается в канализацию. 
 
Винилхлорид из приемника 33 через буфер 36 и абшайдер 38 нагнетается газодувкой 40, а затем после охлаждения газодувкой 45 в конденсатор 49 с водяным охлаждением. Охлажденный до 10-14°С и частично сконденсированный винилхлорид в смеси с водой поступает в разделительную колонну 50 с рассольным конденсатором 51. в колонне происходит разделение по плотности. 
 
Нижний слой – вода подается на очистное устройство, а винилхлорид возвращается в емкость 21. 
 
Стабилизация латекса проводится при выделении полимера сушкой. В качестве стабилизатора применяют 5%-ный раствор соды. 
 
Выделяют поливинилхлорид из латекса в основном двумя способами: испарением влаги в распылительной сушилке; коагуляцией латекса с последующими промывкой, фильтрованием и сушкой отжатого полимера. 
 
При первом способе применяется распылительная камера емкостью 440 м³ с коническим днищем. Температура воздуха в верхней части камеры поддерживается около 160°С, при этом температура высыхающего латекса будет не выше 70 °С. Воздух со взвешенным сухим полимером подают в циклон, где оседает основная часть полимера. Более мелкий порошок улавливается рукавными фильтрами. Далее порошок разделяют по величине частиц на центробежном сепараторе. Мелкий и крупный порошок собирают в отдельные бункеры, а затем упаковывают в мешки. 
 
При методе коагуляции нестабилизированный латекс перекачивают в осадитель, в который прибавляют раствор коагулянта — сульфата аммония. К смеси приливают 5%-ный раствор соды для нейтрализации и проводят, агломерацию частиц пропусканием острого водяного пара при 100—110°С в течение 45—60 мин Затем передавливают сжатым азотом суспензию в сборник 12 куда прибавляют 10%-ный раствор едкого натра для растворения осажденных соединений алюминия. Из сборника суспензия поступает с на барабанные вакуум-фильтры, на которых производится промывка осадка обессоленной водой и отжим до 60-65% -ной влажности. Влажный полимер формуется на вальцах с рифленым валком, при этом он вдавливается внутрь канавок горячим прижимным валком, принимая форму коротких палочек, более удобных для сушки, чем порошок. Затем полимер передают элеватором на ленточную сушилку зонного типа с размерами камеры 30 х 2 и 25 х 3 и сушат при средней температуре воздуха 90 °С. Высушенный полимер измельчают в дезинтеграторе, сортируют по величине частиц и упаковывают в мешки. 
 
Суспензионная полимеризация проводится периодическим способом и включает следующие основные операции: приготовление реакционной смеси; полимеризация, высаждение, центрифугирование и промывка, сушка и расфасовка, просеивание и расфасовка. 
 
Реактор (полимеризатор) представляет собой стальной цилиндрический автоклав, рассчитанный на рабочее давление 15 кгс/см² изготовлен из легированной стали и снабжен пропеллерной мешалкой (скорость вращения 200 об/мин) и рубашкой, в которую; подается горячая вода для подогрева и охлажденная —для снятия тепла полимеризации, рисунок 44. 
 
 
Рисунок 44 - Технологическая схема производства поливинилхлорида суспензионным методом 
В реактор 4 загружают очищенную воду, раствор стабилизатора (поливинилового спирта, желатины и др.), раствор инициатора (перекись бензоила, динитрил азодиизомасляной кислоты и др.) и после герметизации автоклава — винилхлорид в соотношении (вес. ч.): 
 
Винилхлорид.......... 100 
 
Вода..............100-120 
 
Стабилизатор ......... 1—4 
 
Инициатор...........0,3—0,8 
По окончании загрузки включают мешалку и подогревают реакционную смесь до 45—50°С. Теплота полимеризации, составляющая 22 ккал/моль, выделяется неравномерно. Кроме того, отводу тепла мешает отложение слоя полимера на стенках реактора. Поэтому, если теплосъем через рубашку недостаточен, добавляют охлаждающую воду внутрь реактора и снижают избыточное давление частичным выпуском винилхлорида в уловительную систему. 
 
Конец полимеризации определяют по понижению давления, при этом охлаждение прекращают и температура процесса поднимается до 65—90 °С за счет экзотермичности процесса и подачи горячей воды в рубашку. Полимеризат передавливают сжатым воздухом в высадитель 5 —вертикальный цилиндрический аппарат из нержавеющей стали с пропеллерной мешалкой (130 об/мин). Внутри аппарата имеется барботер для подачи острого пара и сжатого воздуха. К полимеризату прибавляют 30—40%-ный раствор едкого натра, с тем чтобы конечная концентрация щелочи составляла 0,001—0,003 %. Щелочная обработка продолжается около 2—3 ч при перемешивании и температуре 80—90 °С. При этом разлагаются низкомолекулярные продукты полимеризации и непрореагировавший инициатор. В конце щелочной обработки массу продувают сжатым воздухом, причем удаляется свободный винилхлорид, а температура массы снижается до 67—70 °С. Из высадителя полимер поступает на центрифугу 6, где отжимается от маточного раствора и промывается очищенной водой. Промытый и отжатый до влажности 15—17% полимер поступает в сушилку 12. Наиболее эффективной является сушка в кипящем слое при температуре греющего воздуха 100—120°С, температура влажного материала составляет 35—65 °С. Высушенный полимер просеивается на барабанных или плоских эксцентриковых ситах 14, рисунок 45 и затаривается. 
 
 
1-загрузочный бункер; 2 — шпековый питатель; 3 — разрыхляющее устройство; 4- днища камер с калиброванными отверстиями; I-IV-зоны с различной температурой: /-35 °С; //— 37 °С; ///~45°С; /V-65°С 
 
Рисунок 45 - Агрегат для сушки поливинилхлорида в кипящем слое 
Поливинилхлорид представляет собой тонкий белый аморфный порошок, растворимый при нагревании в хлорированных углеводородах. Поливинилхлорид стоек к воздействию кислот и щелочей различных концентраций. Вода, спирт, бензин и многие другие растворители на него не действуют. 
 
Поливинилхлорид трудно воспламеняется, но при нагревании выше 140 °С разлагается с отщеплением НС1 и образованием двойных связей, приводящих к частичной сшивке. Разложение поливинилхлорида — процесс сложный, радикального характера, сопровождающийся потемнением полимера. Процесс разложения — автокаталитический, т. е. самоускоряющийся, так как отщепляемый хлористый водород, в свою очередь, ускоряет разложение полимера в присутствии кислорода; поэтому к поливинилхлориду обычно добавляют стабилизаторы. 
 
В качестве стабилизаторов часто применяют соли жирных кислот, меламин, соединения свинца, оловоорганические и эпоксидные соединения. 
 
Пластмассы на основе поливинилхлорида получаются путем совмещения с пластификаторами, а также посредством термической пластикации. По первому способу получают гибкие материалы типа пластиката, идущие на производство кабельной изоляции, пластикатнои пленки, плащей и летней обуви, а по второму — винипласт— более жесткий материал, имеющий в основном антикоррозионное и конструкционное назначение. 
Литература

1.  
   Бортников, В.Г. Основы технологии и переработки пластических масс: учебное пособие для вузов. – Ленинград: Химия, 1983. – 374 с.
2.  
   Калинчев, Э.Л., Саковцева, М.Б. Свойства и переработка термопластов: справочное пособие. – М. : Химия, 1983. – 204 с.
3.  
   Мирзоев, Р.Г., Кугушев И.Д., Брагинский В.А. и др. Основы конструирования и расчета деталей из пластмасс и технологической оснастки для их изготовления: учебное пособие для вузов. – Ленинград: Машиностроение, 1972. – 308 с.
4.  
   Салазкин, К.А., Шерышев М.А. Машины для формования изделий из листовых термопластов: учебное пособие для техникумов. – М. : Машиностроение, 1977. – 456 с.
5.  
   Технология материалов в приборостроении. Под ред. А.Н. Малова: Учебное пособие для вузов. – М. : Машиностроение, 1969. – 233 с.

 
 
Содержание 
 
Введение 3

1.  
   Физико-химические основы строения 4

 
1.1 Структура полимеров 4  
 
1.2 Особенности строения полимеров 5 
 
1.3 Влияние переработки на структуру полимеров 11

2.  
   Свойства полимеров 20
3.  
   Пластические массы 24

 
3.1 Классификация пластмасс 24 
 
3.2 Технологические свойства пластмасс 26 
 
3.3 Физико-химические основы переработки пластмасс 27 
 
3.4 Марочный ассортимент полимеров 31

4.  
   Способы изготовления деталей из пластмасс 33

 
4.1 Горячее формование изделий  33 
 
4.2 Подготовка полимеров к переработке 36 
 
4.3 Сушка полимеров - удаление влаги испарением 37 
 
4.4 Таблетирование пластмасс 38

5.  
   Способы механической обработки 39

 
5.1 Особенности механической обработки 39

6.  
   Метод экструзии 41

 
6.1 Технология производства труб  методом экструзии 43

7.  
   Изготовление изделий литьем под давление 45

 
7.1 Технология литья под давлением  46 
 
7.2 Впрыск расплава 49 
 
7.3 Выдержка под давлением 57 
 
7.4 Охлаждение изделия 59 
 
7.5 Раскрытие формы и извлечение изделия 61

8.  
   Влияние технологических параметров 67

 
8.1 Изготовление каландрованием 72 
 
8.2 Смешение компонентов и нагревание композиции 73 
 
8.3 Формование полотна 73 
 
8.4 Охлаждение и намотка полотна 76 
 
9 Получение пластмасс 83 
 
9.1 Взаимное превращение новолачных и резольных смол 83  
 
9.2 Полимеризация винилхлорида 92  
 
Литература 99