Курсовая работа по материаловедению на тему Совершенствование технологического процесса производства изделий из термопластов, армированных стекловолокном

Введение

Актуальность работы в том, что с целью открытия новых и более совершенных областей применения полимеров или расширения старых, непрерывно продолжается улучшение механических, физических и химических свойств этих материалов, необходимых в промышленности и народном хозяйстве. Это достигается путём химической модификации полимера, либо введением различных модифицирующих добавок.
Существенное улучшение механических свойств достигается введением в полимерный материал стеклянного волокна. Волокно можно вводить в небольшом количестве -20 % иногда и до 40% от массы полимерного материала. При таком соотношении компонентов, сохраняется возможность для промышленной переработки материала.
На основании литературного обзора проанализирована текущая ситуация с переработкой армированных термопластов, учтены уже существующие способы и технологии. Этому посвящен анализ эксплуатационных, технологических и других свойств обычных и армированных полимерных материалов, применяемых в настоящее время в промышленности. В работе также исследованы основные принципы создания композиционных материалов на основе термопластичных полимеров, армированных стекловолокном.
Разрабатываемый технологический процесс представляет процесс производства изделий из армированных термопластов, на примере изделий из полиамида. На примере конкретного изделия сделан конструктивно-технологический анализ конструкции, произведён выбор марки материала и технологических параметров процесса формования.
В специальной части проекта представлено техническое предложение по усовершенствованию оборудования для формования и технологии процесса наполнения. Особое внимание уделено повышению износостойкости изделий.
Целью данного проекта является: совершенствование технологического процесса производства изделий из термопластов, армированных стекловолокном и разработка линии по производству изделий из них, производительностью до 100 кг/час.
Предмет исследования: технологический процесс производства изделий из термопластов, армированных стекловолокном.
Объект исследования: изделия из термопластов, армированных стекловолокном.
Задачи:
1. Описать современное состояние в области переработки армированных термопластов;
2. Рассмотреть изделия силового назначения;
3. Изучить разработку технологического процесса;
4. Описать экологию и безопасность производства и рассмотреть организационно-экономический раздел.
Структура работы: введение, пять глав, заключение и список использованных источников.
1 Выбор и обоснование способа производства

Композитный материал представляет собой сложный материал, состоящий из двух или более компонентов: наполнителя (инертного или армирующего) и совместимой с ним связующей матрицы. После отверждения такого состава получают материалы со специфическими свойствами. В любом случае это система различных материалов, каждый из которых имеет свое конкретное назначение.
Совместная работа разнородных материалов дает эффект, эквивалентный созданию нового материала, свойства которого качественно и количественно отличаются от свойств каждого из его компонентов. Композиционные материалы-гетерофазные системы1.
В настоящее время промышленностью предлагается большой ассортимент композиционных материалов, необходимых для производства изделий силового назначения к которым предъявляются повышенные (относительно изотропных не наполненных пластмасс) требования по прочности и деформационной теплостойкости. Остановимся на композитах на основе термопластичных связующих, армированных коротким волокном. Использование таких материалов в качестве материала для тяжелых условий эксплуатации обеспечивает необходимый уровень эксплуатационных свойств, если стекловолокно используется в качестве армирующих волокон. Введение состава наполнителя полимера придает изделию более высокую устойчивость к длительной загрузке, повышает устойчивость к циклической загрузке, огнестойкость. В таблице (листе) приведены значения коэффициентов увеличения физико-механических свойств термопластов при наполнении стекловолокном (степень наполнения ט=20%). В таблице показано, что разрывное напряжение при растяжении полиамидов; полистирола, оксида полифенилена, сополимеров пропилена и этилена увеличивается в 2 раза, при усилении этих термопластов стекловолокном. Напряжение разрыва при изгибе этих термопластов увеличивается в среднем в 1,5 раза; прочность (по Изоду) значительно возрастает только при заполнении полистиролом (8 раз), полиамидами и полиэтиленом VP (5 раз). При введении стекловолокна тепловой коэффициент линейного расширения уменьшается в 0,15 раза при заполнении полиамидами, в 0,23 раза при заполнении поликарбонатом. При введении стекловолокна повышается термостойкость (при нагрузке 1,8 МПА) полиамидов в 2 раза, полиэтилена ВП в 2 раза.
Отмечается, что увеличение жесткости и прочности незначительно, по сравнению с закаленными смоламиi. Это объясняется тем, что:
- термопластик, заполненный стекловолокном до 30% по весу, трудно перерабатывать. Вязкость расплава большая;
- при обработке термопластичных волокон экструзией или литьем под давлением трудно поддерживать короткую длину волокон и равномерно распределять волокна по объему материала;
- поверхность большинства зарядов гидрофобна и плохо смачивается многими термопластичными полимерами.
2 Характеристика готовой продукции, сырья и материалов

Компоненты композиции различны по геометрическим признакам. Один из компонентов, имеющих непрерывность во всем объеме, называется матрицей. Компонент, распределенный в объеме матрицы, рассматривается как усиление или усиление. Укрепляющими компонентами могут быть различные дисперсные или волокнистые материалы различной природы.
В зависимости от типа армирующего компонента композитные материалы могут быть диспергированными-армированными и волокнистыми, которые отличаются структурой, высокопрочными формирующими механизмами2.
Можно выделить следующие характеристики, которые характеризуют композитные материалы:
- компоненты присутствуют в количествах, которые обеспечивают заданные свойства материала;
- состав и форма компонентов материала предопределены;
- свойства компонентов различаются, и между ними существует фазовая граница;
В волокнистых композитах матрица (чаще всего пластиковая) армирована высокопрочными волокнами, пряжей, нитевидными кристаллами. Идея создания армированных волокном конструкций заключается не в том, чтобы исключить пластическую деформацию, а в том, чтобы при деформации волокна были загружены и использовали свою высокую прочность3.
Матрица, заполняющая межпластинное пространство, обеспечивает совместную работу отдельных волокон за счет их собственной жесткости.
Композитный материал характеризуется следующими механическими свойствами:
- высокопрочные армирующие волокна;