Ogólna charakterystyka przetwórstwa
Przetwórstwo ma kilka znaczeń z jednej strony jest to dyscyplina naukowa a z drugiej proces fizyko-chem. Lub zespół takich procesów polegających na takim przekształceniu tworzywa którego celem jest uzyskanie wytworu o założonych wcześniej właściwościach . Pojęcie to stosowane jest również do określania jednego z działu gospodarki narodowej . przetwórstwo jako dziedzina naukowa składa się z działów i podstawy przetwórstwa. - metody przetwórstwa (stosowane w skali przemysłowej )
- konstrukcja i eksploatacja maszyn i narzędzi przetwórczych
- projektowanie technologiczne procesów przetwórstwa
- organizacja przetwórstwa.
Cechą przetwórstwa jako nauki jest to że ma ona w dużym stopniu charakter interdyscyplinarny .Przetwórstwo korzysta z nauk technicznych tj, inżynieria materiałowa automatyka informatyka . Przetwórstwo tworzyw traktowane było jako pewien dział chemii . wyodrębniła się ok. 50 l temu.
Metody przetwórstwa można klasyfikować wg różnych podziałów jednym z nich jest kryterium zjawisk wiodących :
-przetwórstwo fiz-chem 1 PFC
- - ########### - 2 PFC
- przetwórstwo chem-fiz PCF
PFC 1 - zaliczamy: zgrzewanie, spawanie, porowanie, rozdzielanie cieplne, suszenie, podgrzewanie, ulepszanie cieplne
PFC 2 - zaliczamy najbardziej rozpowszechnione: wytłaczanie, wtryskiwanie, prasowanie, laminowanie, odlewanie, kalandrowanie, mieszanie, przędzenie, formowanie próżniowe
PFC - metody: nanoszenie powłok, klejenie, kitowanie, zamszowanie, drukowanie, metalizowanie (aluminium) , ulepszanie chemiczne, formowanie polimeryzacyjne . Metody zmian zachodzących w tworzywie : - wstępne procesy przetwórstwa których celem jest przygotowanie do dalszej obróbki. Suszenie, mieszanie, rozdrabnianie, podgrzewanie. - procesy formowania wyrobu wytłaczanie wtrysk, prasowanie, kalambrowanie, wytłaczanie z wdmuchiwaniem formowanie rotacyjne rotacyjne i próżniowe - procesy wykańczające obróbka plastyczna , klejenie, spawanie, zgrzewanie, a także grupa metod kształtująca warstwy wierzchnie. Najbardziej rozpowszechnioną metodą przetwórstwa jest wytłaczanie za pomocą którego przetwarza się ponad 50% wszystkich tworzyw. Na drugim miejscu znajduje się wtryskiwanie 25% . Inną metodą rozwijającą się dynamicznie w ostatnich latach jest wytłaczanie z rozdmuchiwaniem- do produkcji butelek i innych pojemników ok. 10%.
Rozwój przetwórstwa odbywa się w różnych kierunkach największe z nich to 1. wzrost jakości stymulowany z jednej strony nowymi osiągnięciami w dziedzinie syntezy polimerów o nowych właściwościach a z drugiej strony coraz lepszym poznaniu tych materiałów a przede wszystkim wpływu trzem podstawowych parametrów przetwórstwa : - ciśnienie wywierane na tworzywo
- ilość i natężenie ciepła dostarczonego do tworzyw
- czas oddziaływania tych czynników na tworzywo.
2. Zwiększenie wydajności zależy od nowych właściwości tworzyw , bardziej doskonałych maszyn , ale również przez dokładne sterowanie.
Przemiany stanów skupienia: stan stały—plastyczny—stan ciekły tworzywa nie występują w stanie gazowym !natomiast mogą występować produkty rozpadu tworzyw.
Stan plastyczny - jest charakterystyczny dla związków wielkocząsteczkowych i następuje pod wpływem dostarczonego ciepła stan ten nie występuje w związku małocząsteczkowym (metali) tworzywa termo plastyczne mogą wielokrotnie przechodzić ze stanu stałego w stan ciekły i odwrotnie natomiast tworzywa utwardzalne po przejściu ze stanu ciekłego w stan stały ponownie w stan plastyczny przejść nie mogą głównie ze względu że mają strukturę usieciowaną . Stany te będziemy oznaczać jako CC,CP,CS. Zmiany stanu skupienia zachodzą w maszynie przetwórczej . CS—CS zachodzi tylko zmiana struktury materiału lub jego warstwy wieszchnej . Procesami są suszenie, podgrzewanie, mieszanie, drukowanie, metalizowanie, ulepszanie fiz. Przemiany CS—CP—CS ogrzewane tworzywo ze stanu stałego przechodzi w stan plastyczny jest ono formowane a następnie podczas ochładzania przechodzi w stan stały ta sekwencja przemian stosowana jest w procesie wytłaczania. CS—CP—CC—CP—CS jest drugą z najważniejszych w przetwórstwie sekwencją zachodzi podczas wtryskiwania a konieczność osiągnięcia przez tworzywo w stanie ciekłym może wypełnić formę CP w CS zachodzi kiedy tworzywo wyjściowe ma postać plastyczną i występuje w procesach jak: porowanie , prasowanie, laminowanie, klejenie . CC w CC występuje ona w takich przejściach jak mieszania któremu towarzyszy zmiana lepkości cieczy . CC w CP w CS zachodzi w różnych warunkach głównie w procesach laminowania ,formowania polimeryzacyjnego . Należy pamiętać że przemiany te występują rzadko w czystej postaci .Uplastycznienie tworzywa występuje przejście w stan ciekły . W cieczy znajdują się cząsteczki uplastyczniane stan skupienia zależy czy tworzywo jest utwardzane ,termoplastyczne stan cieczy może być traktowany jako -normalny gdy stan taki powstał w czasie polimeryzacji (są tworzywa dla których stanem normalnym jest stan ciekły) ,-----------uplastyczniony gdy powstał ze stałego w skutek doprowadzenia ciepła , ----- roztwór będący wynikiem rozpuszczenia w rozpuszczalniku ,---
--rozprowadzenie w ośrodku rozpraszającym
Stan ciekły -nazywamy pastą powstałą w skutek solwatacji tworzywa przez plastyfikator . Solwatacja jest procesem oddzielania plastyfikatora na cząsteczki lub jony tworzywa i prowadzi do związków zwanymi solwatami. Uwaga: Cząsteczki napełniaczy mają z reguły wyższą temp. Topnienia niż polimery i dlatego często po stopieniu polimeru zachowują stan stały efektem tego jest układ dyspensyjny składający się stopionego tworzywa i będących w stanie stałym . Przemiany tworzywa ze stanu C lub P w stan stały zachodzą w skutek : ochłodzenia lub krzepnięcia , odparowania ,żelowania . Stan ciekły lub P tworzyw utwardzalnych jest zawsze stanem nietrwałym gdyż skutek procesów usieciowania szybko przechodzą w stan stały.
Ciepło , które jest jednym z podst. Pojęć termodynamiki oznaczający w sposób przekazywania energii między ciałami makroskopowymi będącymi we wzajemnym kontakcie. Ciała nie izolowane cieplnie mogą oddawać innemu ciału część swojej energii wewn.
W sposób bezpośredni tzn. bez wykonywania pracy.
Taka wymiana odbywa się po przez indywidualne wymiany chaotycznego ruchu cząstki . Ciepło jest sposobem przekazywania swojej energii wew.
Temperatura jest wielkością skalarną będącą jednym z parametrów opisujących stan termodynamiczny danego obiektu. Z punktu widzenia atomowej budowy materii jest ona miarą intensywności ruchu atomów danego ciała.
Przepływ ciepła czyli przekazywanie energii wew. Z jednego ciała do drugiego przy czym zawsze spełniony jest warunek że następuje wymiana od ciała o wyższej temp. Do ciała o niższej temp.
Ciało lub obszar w którym występuje jednakowa temp. Znajduje się w równowadze termodynamicznej przepływ ciepła tam nie występuje.
Pole t emperatury -jeżeli każdemu punktowi zlokalizowanego w przestrzeni trójwymiarowej przyporządkujemy wartość zwaną temp. Wówczas mówimy o polu temperatury . ogólna funkcja t=f ,
t-czas temp. Zależy od czasu i położenia . Jeżeli mamy do czynienia z ukł. Statycznym tzn. jeśli temp. Nie zmienia się w czasie to wówczas ta funkcja przyjmuje postać następującą t=q Procesy
stacjonarne takie które są stałe w czasie a zależą tylko od punktu rozpatrywanej przestrzeni są pewnego rodzaju ideałem.
Wielkości cieplne
T- temp. Jest obok ciśnienia i objętości właściwej jest 3 podst. Parametrem równania stanu opisującego polimer (C,K)
Q- ilość ciepła ilość energii przekazywanej lub pobieranej przez dane ciało -jednostka [ J ]
Q s - strumień ciepła jest to ilość ciepła przekazywana w jednostce czasu przez daną powierzchnię
q- gęstość strumienia ciepła która definiowana jest jako q= Qs / A [ W/m2 ] .
Procesy cieplne zachodzące w tworzywach nie są do końca precyzyjnie opisane ze względu na niejednorodność , mają budowę anizotropową
Przenikanie ciepła ma nieco inny charakter niż przewodzenie polega ono na przechodzeniu z jednego płynu do drugiego przez przegrodę.
Ciecz jest płynem ale płyn nie jest cieczą. W miarę
Przybliżania się do przegrody oddzielającej 2 płyny
Temp. Płynu przy ściankach tej przegrody jest inna niż w jego masie ,w przypadku płynu o temp. Wyższej temp. Ta przy przegrodzie maleje w samej przegrodzie następuje liniowy spadek temp. Natomiast po drugiej stronie przegrody temp. Jest wyższa niż w masie płynu. ## Współczynnik wnikania zależy od stanu powierzchni i od charakteru przepływu płynu tej powierzchni.##
Konwekcja ciepła która jest procesem przemieszania się energii między różnymi obszarami płynu. A zatem konwekcja występuje w płynach , cieczach i gazach. Nie występuje w ciałach stałych . Może mieć ona charakter naturalny i mówimy wówczas o grawitacyjnym mieszaniu się płynu. Konwekcja cieplna zachodzi w warstwach strugi uplastycznionego tworzywa. W bezpośredniej bliskości ścianek większe znaczenie ma przewodzenie i przenikanie ciepła . Dzięki konwekcji w strudze płynnego tworzywa temp. Może się wyrównać.
Promieniowanie cieplne zwane też radiacyjnym przechodzenie ciepła polega na przekazywaniu ciepła za pomocą fal elektromagnetycznych z zakresu /\ - 0,76-;-1000um. Ilościowy opis ciepła przedstawiony jest prawem Stefana Boltzmana strumień ciepła jest wprost proporcjonalny do czwartych potęg Q=(delta T)4 . Promieniowanie cieplne rozchodzące się w ośrodku materialnym nagrzewa ten ośrodek tylko wtedy gdy jest pochłaniana przez niego. Ogrzewanie tworzywa w procesach przetwórczych może być ogrzane w sposób pośredni lub bezpośredni. W pośredni polega na przekazywaniu ciepła ze żródeł zewnętrznych do ścianek maszyny przewodzenia przez te ścianki a następnie konwekcje w uplastycznionym tworzywie. W sposób bezpośredni polega na generowaniu ciepła w samym tworzywie . większa sprawność występuje podczas bezpośredniego generowania ciepła w tworzywie . Jednak urządzenia do tego celu są znacznie bardziej rozbudowane i droższe , dlatego dominuje pośrednie przekazywanie ciepła do tych sposobów należą: ogrzewanie rezystencyjne gdzie żródłem ciepła są grzejniki oporowe umieszczane na zewnątrz ściankach maszyny .
Ogrzewanie pojemnościowe --> [Author:-]
11