Полиэтиленпластик: способ получения, свойства, применение

Получение полиэтиленпластиковых изделий

Основные методы получения композитов, армированных СВМПЭ волокнами, являются обычными для волокнистых материалов. Получают СВМПЭ пластики обычно из заранее подготовленных препрегов, используя методы прессования, пултрузии, выкладки с последующим прессованием.

Высокопрочные и высокомодульные СВМПЭ пластики изготовляют из соответствующих видов СВМПЭ нитей и лент с высокими механическими характеристиками. Для наиболее полной реализации механических свойств углеродных наполнителей используется преимущественно однонаправленная и перекрестная укладка.

Технология производства пластиковых труб. Линия для получения труб методом экструзии это технологически непрерывный процесс закрытого цикла. Пластик в виде гранул попадает в бункер-экструдера. С помощью кольцевых нагревателей и вращающего гранулы шнека они плавятся и далее переходят в экструзионную голову. Экструзионная голова благодаря внутреннему высокому давлению формирует из расплавленного полимера форму будущего изделия, например трубы с определенным внешним диаметром и SDR. Далее изделие сформированная труба подается в зону вакуумной калибровки, где происходит калибрование диаметра трубы с использованием вакуума и первая стадия охлаждения. Переходя из одной камеры охлаждения к другой, труба полностью охлаждается и нарезается на заданные отрезки, например шесть или двенадцать метров. Обеспечивает протяжку трубы по всей длине линии тянущее устройство, снабженное специальными гусеницами. Благодаря правильному расчету длине гусениц и их количеству, тянущее усилия тянущего устройство достаточно для вытягивания трубы без повреждения ее стенок.

Процесс изготовления изделий из ПЭ происходит в три этапа.

1. Подготовительный этап включает в себя:

- разработку чертежа будущего изделия;

- проектирование формы (матрицы) будущего изделия;

- изготовление формы.

2. Производственный этап включает следующие виды работ:

- загрузка в матрицу полимерного материала (линейный порошкообразный полиэтилен низкого давления);

- этап непосредственно формования изделия. Матрица с материалом помещается в печь, где при вращении под воздействием температуры полиэтилен равномерно распределяется по стенкам формы, что обеспечивает изготовление высокопрочного бесшовного изделия;

- охлаждение формы. Форма из печи помещается в камеру охлаждения, где под воздействием холодного воздуха и орошения водой обеспечивается окончательное затвердение полиэтилена;

- извлечение изделия. После окончательного остывания форма раскрывается и из нее извлекается готовое полимерное изделие.

3. Предпродажный этап – это обработка готовых изделий специальным оборудованием и материалами, улучшающими внешний вид и физические характеристики изделий.

Преимущества ротационного формования можно продемонстрировать примерами исполнения и применения готовых изделий. Изделия, получаемые ротационным формованием, находят широкое применение практически во всех сферах деятельности человека. Методом ротационного формования возможно изготовление многослойных изделий, каждый слой которых выполнен из разных полимерных материалов; изделия с двойной стенкой; вспененные изделия (для повышения термостатических свойств). При ротационном формовании возможно запрессовывать в изделия различные детали и высококачественные графические изображения.

Главными преимуществами ротационного формования по сравнению с другими технологиями изготовления полиэтиленовых изделий являются:

- безотходность производства;

- возможность получения изделий без внутренних напряжений и без ориентации полимера;

- возможность изготовления монолитных изделий сложной формы;

- возможность изготовления крупногабаритных изделий;

- возможность многослойного формования и изготовления вспененных изделий и изделий с двойной стенкой;

- возможность заформовывания металлических деталей и логотипа заказчика;

- возможность изготовления одного и того же изделия с различной толщиной стенки без модификации литьевой формы.

Свойства КМ на основе СВМПЭ волокон

СВМПЭ волокно в 15 раз прочнее некоторых марок стали, на 40% прочнее арамидных волокон, на 5% легче морской воды. Благодаря высокой энергии адсорбции 50-70•106 Дж/м3, ВВПЭ-волокна в первую очередь эффективно используют в качестве энергопоглощающих материалов. Они толерантны к разрушению. Волокнам присущи высокая ударная вязкость и высокий уровень поглощения ударной энергии. Скорость звука в волокнах Dyneema®SK-76 составляет 12000 м/с, в то время как для Кевлара и Тварона она лежит в диапазоне 7000-8000 м/с. Такая высокая скорость звука в волокнах позволяет рассеять энергию удара очень быстро по большой площади.

Высокие удельные свойства СВМПЭ волокна открывают возможность создания ультралёгких и высокопрочных КМ на их основе. Такие КМ будут обладать также высокой химической устойчивостью к воздействию агрессивных сред, уникальными диэлектрическими свойствами, минимальными гигроскопичностью и коэффициентом трения, высоким шумопоглощением и резким увеличением прочности в области отрицательных температур.

У многофиламентных СВМПЭ волокон сдвиговая прочность на границе между волокном и матрицей определяется двумя главными процессами, которые обеспечивает заданная технология. Во-первых, степенью пропитки волокна материалом матрицы. Чем лучше пропитано волокно, тем больше площадь контакта между филаментами и матрицей. Во-вторых, прочностью соединения, которая может быть достигнута для данной пары материалов волокно-матрица на площади образовавшегося контакта при данных условиях получения КМ.

Одна из главных особенностей КМ, армированных многофиламентными волокнами, состоит в том, что в таком композите появляется большая площадь межфазного взаимодействия между волокном и матрицей.

Свойства КМ на основе СВМПЭ волокон и тканей представлены в таблице 14.1.

Таблица 14.1 - Свойства КМ на основе СВМПЭ волокон и тканей

Применение КМ из СВМПЭ волокна

КМ из СВМПЭ волокна применяются при изготовлении следующих изделий:

1) направляющие и облицовка для бункеров, кузовов карьерных самосвалов, вагонов и различных механизмов в горнорудной промышленности, исключающие налипание и намерзание льда, сыпучих и глинистых материалов;

2) детали и элементы конструкций, подвергающиеся ударной нагрузке и истиранию в машиностроении, текстильной и целлюлозно-бумажной промышленности: катки, зубчатые передачи, опорные втулки, бессмазочные подшипники, направляющие и др. Металлические валы могут свободно вращаться во втулках из СВМПЭ, несмотря на несоосность или присутствие песка, пыли, и других видов загрязнений. Трубы из СВМПЭ не боятся перепадов температуры, подвижки грунтов. По ним может транспортироваться в водной пульпе уголь, руда, нефтепродукты и прочие материалы. Износ труб в такой транспортной магистрали будет минимальным, налипание исключается.

3) сепараторы для автомобильных аккумуляторов. Они выгодно отличаются стойкостью к ударным воздействиям.

4) ленты и пластины для изготовления скользящих поверхностей спортинвентаря: лыжи, сноуборды и др.

5) морозостойкие износостойкие композиционные материалы для резинотехнических изделий.

6) элемент скольжения в протезах суставов изготавливают из высокоочищенного СВМПЭ.

7) изделия и конструкции специального назначения, в том числе корпусные элементы вооружений и военной техники, конструкционные материалы для авиа-, вертолето- и ракетостроения, средства индивидуальной и коллективной бронезащиты и т.д.

8) судо-, автомобилестроение, армирование труб и кабелей, производство суперпрочных канато-веревочных изделий.