Лекция №1.

Раздел 1. Технология переработки пластмасс и получение изделий из них.

Тема 1.1. Введение. Предмет, задачи и место дисциплины в подготовке инженеров. Современное состояние отраслей производства и переработки пластмасс.

1.1. Введение.

1.1.1. Предмет, задачи и место дисциплины в подготовке инженеров.

Переработка полимеров имеет конечной целью получение изде­лий, отвечающих конкретным задачам эксплуатации. В этом смысле производственные приемы получения изделий создава­лись и далее совершенствовались параллельно с появлением но­вых полимеров. Можно считать, что минимальный комплекс методов переработки полимеров и соответствующего оборудования возник в XIX веке в связи с открытием вулканизации каучука и созданием промышленных способов ацетилирования и нитрова­ния целлюлозы.

После этого потребовалось почти столетие для того, чтобы окончательно сформировалась новая научно-технологическая дисциплина — технология пе­реработки полимеров, в которой ведущую роль играет технология переработки пластмасс.

Решающим условием появления новой науки стал промышленный синтез большого числа новых полиме­ров, осуществленный в послевоенные годы.

Усложнение производства, широкое внедрение автоматиче­ских и полуавтоматических линий, микропроцессорной техники и промышленных роботов приводит к тому, что основные про­цессы смешения, расплавления, движения расплава в каналах и заполнения им формы становятся все менее наглядными. У тех, кто начинает свою деятельность в области переработки пластмасс, может создаться впечатление о второстепенном значении пони­мания основных процессов, происходящих при переработке в са­мом материале. В сознании инженера происходит как бы "экра­нирование" основных физико-химических и технологических процессов их аппаратурным оформлением. Это может нанести немалый ущерб развитию производства, ограничить широту мышления инженера-технолога.

Именно поэтому данная дисциплина играет существенную роль для будущих инженеров; ставится задача научить инженера понимать вся­кий, в том числе и новый, оригинальный способ переработки, начиная с его физико-химических и технологических основ. Ре­шение данной задачи облегчается тем, что основы эти в значи­тельной мере универсальны в применении ко всем многочислен­ным методам переработки.

1.1.2. Современное состояние отрасли производства и переработки пластмасс.

Пластмассы являются высокоэффективными в технологическом, потребитель­ском и, в конечном счете, в экономическом плане материалами. Получение изделий из пластмасс — высокорентабельное производство со сроком окупаемости капитало­вложений в пределах одного - трех лет.

Применяемое в переработке пластмасс оборудование, как правило, универсально в отношении используемых материалов и получаемых изделий. Например, литьем под давлением на типовой литьевой машине можно перерабатывать практически все виды промышленных термопластов. Экструзионные установки, хотя и более специа­лизированы, но тоже позволяют производить погонажную продукцию, не ограничи­ваясь всего одним видом полимерного материала.

Варьируя оснастку, можно получать на термопластавтоматах изделия массой от долей грамма до нескольких десятков килограмм, а экструзией — от капилляров для кардиохирургии до шлангов, труб и профилей технического, строительного и хозяй­ственного назначения.

Немаловажно и то, что пластмассы нередко совмещают в одном материале несколь­ко полезных свойств. Например, конструкционную прочность на уровне металлов и минимальную плотность, коррозионную стойкость и высокие теплоизоляционные показатели, экологическое совершенство и декоративность, универсальность приме­нения и соответствие современным требованиям технической эстетики.

Высокая экономическая эффективность пластмасс определяется и тем, что про­цессы их переработки могут быть практически полностью автоматизированы в преде­лах разумных затрат. Это, с одной стороны, позволяет свести до минимума количест­во занятых на производстве, и тем самым сократить весьма существенную статью расходов, и, с другой стороны, обеспечить точное соблюдение инженерно обоснован­ных технологических параметров производства, таким образом, повысив и стабилизи­ровав качество продукции.

Вследствие перечисленных особенностей пластмассы получили исключительно широкое распространение и эффективно используются практически во всех отраслях глобальной техногенной системы. Мировое потребление пластмасс с 61 млн тонн в 1982 году возросло до 124 млн тонн в 2000 году и продолжает расти.

Потребление пластмасс на душу населения в 1993 году составляло (кг/ед.): в Бель­гии — 152; Тайване — 145; Германии — 118; США — 108; Японии — 87; Франции — 70; Италии — 79; СНГ — 30; Венесуэле — 18; Перу — 8; Бразилии — 9; Индии — 1,3.

Анализ ассортиментного распределения выпускаемых пластмасс показывает, что примерно на десять разновидностей крупнотоннажных пластиков приходится около 90 % от общего производства полимерных материалов. Так, в зависимости от страны производителя, доля полиолефинов, то есть полиэтилена низкой плотности (высоко­го давления), высокой плотности (низкого давления), линейного полиэтилена и по­липропилена составляет от 35 до 45 % суммарного объема производства. От 11 до 20 % — вклад поливинилхлорида, 9-13% приходится на полистирольные пластики, от 2 до 7% занимают полиамиды. Интервалом 1-4 % характеризуется выпуск полиацеталей, простых и сложных полиэфиров, эпоксидных смол.

Ассортиментная структура производства полимерных материалов в России имеет ряд отличий от приведенной выше. Во-первых, значительное место занимают пласт­массы на основе аминоформальдегидных (до 20%) и фенолоформальдегидных (до 8%) олигомеров и, во-вторых, по данным за 1998 год из произведенных крупнотон­нажных термопластов (1079 тонн) 54,9% составляли полиэтилены, 12,8 % — поли­пропилен, 27,5 % — поливинилхлорид и 3,8 % — полистирол.

По отраслям применения полимерные материалы распределяются весьма нерав­номерно. Европейская статистика показывает, что около трети объема производства пластмасс, а в Италии даже до 42 %, расходуется на тару и упаковку, примерно 20 % — в строительстве, от 3 до 17 % применяется на транспорте (в среднем по странам Евро­пейского экономического сообщества — 9 %) и приблизительно по 5 % в электротех­нике и производстве мебели.

В триаде «изделие-технология-оборудование» нет компонента, значащего боль­ше или меньше других составляющих. Конструкция изделия и обоснованный выбор пластмассы должны обеспечивать оптимальную технологию производства, а совер­шенство его машинного оформления — высокую производительность при минималь­ных затратах. Исходя из этого, формулируются основные требования к оборудова­нию, а именно: оно должно обеспечивать реализацию передовых технологий, иметь блочную конструкцию и быть гибким с точки зрения производства изделий разнооб­разной номенклатуры из различных полимерных материалов. Наконец, технические возможности оборудования должны обеспечивать так называемое производство из­делий «по мерке заказчика», что подразумевает наиболее полное удовлетворение тре­бований потребителей. Главным технологическим условием оказывается обеспече­ние высокого и стабильного качества продукции. Отсюда возникает необходимость ис­пользования не только наиболее современных методов и высокопроизводительного универсального прецизионного оборудования, но и применение вспомогательных средств, обеспечивающих предельную автоматизацию технологического процесса по всей производственной линии.

Особое место в современной полимерной технологии занимают процессы изготов­ления крупногабаритных технических устройств из армированных высокопрочных композиционных материалов, получаемых на основе термореактивных свя­зующих. Армированные пластики находят все более широкое применение не только в аэрокосмических устройствах, высокоскоростных наземных и надводных транспорт­ных системах, что стало уже традиционным, но и в нефтегазодобывающем и перераба­тывающем комплексе, особенно в нефте- и газопроводах низкого давления, в газорас­пределительных устройствах. В ряде случаев эффективно применяются накопители из стеклопластиков диаметром свыше 10 метров и объемом более 1000 м³, получен­ные методом намотки и используемые для хранения сырой нефти и продуктов ее пе­реработки. В отношении емкостей и трубопроводных устройств высокого давления перспективны гибридные стеклоуглепластики и стеклоуглеметаллопласты, позволя­ющие реализовать свои весьма существенные по сравнению с легированными сталя­ми преимущества, а именно высокую удельную прочность, коррозионную стойкость, экологическую и эксплуатационную надежность. В производстве этих изделий широ­ко применяются робототехнические устройства, под возможности которых откоррек­тированы традиционные технологические процессы. Заметим также, что манипуля­торы становятся весьма популярными и в литье под давлением особенно сложных по конфигурации и размерам изделий.