2.1.4. Определяне на технологичните характеристики на термопласти с помощта на пластометри на системата Канавц
Пластометричният тест ви позволява да определите параметрите на потока във времето.
Методът е стандартизиран: GOST-15882. Кинетиката на промяната в пластичността и втвърдяването се измерва в абсолютни физически единици. Тези цифри са сравнителни стойности.
Същност на метода: след формоване в пластометър, изследваният термореактивен материал се подлага на деформация на срязване в тясна междина между две коаксиални (коаксиални) полусферични цилиндрични повърхности при зададен постоянен градиент на скоростта на срязване. При същата скорост се установява равновесното напрежение на срязване. Пластометърът Канавец е ротационен вискозиметър (фиг. 2.5).
Ориз. 2.5. Схема на пластометъра Канавец (а) и пластометрична крива (б): 1 - поансон, 2 - матрица, 3 - скоба, 4 - ротор, 5 - торсионен сензор за ъглово изместване, 6 - торсионна греда, 7 - тестова проба
Тестовата единица на устройството е матрица със специален дизайн. Формиращата кухина на тази форма е оформена от матрица, която се намира в държача, поансон и ротор. Пространството между оформящите части се запълва с изпитвания материал под налягане и образецът се оформя под формата на цилиндрична чаша с полусферично дъно. Върху повърхностите, формиращи пробата, се нанасят гофри с дълбочина 1 mm, което елиминира приплъзването на материала по стените. Роторът на устройството е твърдо свързан с торсионната греда и се задвижва от скоростната кутия. Промяната на въртящия момент в зависимост от вискозитета на материала води до движение на торсионната греда, което се записва от сензора. Torsion - прът, който работи на усукване. Резултатите от теста се записват от записващото устройство под формата на криви в координатите:
напрежение на срязване-относителна деформация.
Диаграма (фиг.2.5, б) има няколко раздела:
0a - зоната, където материалът се топи и преминава във вискозно състояние, това състояние съответства на напрежението tv.t;
аb - времето, през което материалът е във вискозно състояние (tv.t), вискозитетът практически не се променя, течението възниква при напрежението на вискозното състояние;
bc - втвърдяване на пресовия материал, напрежението на срязване и увеличаване на вискозитета, скоростта на втвърдяване се характеризира с tgj:
Времето за втвърдяване на материала може да се намери като интервал от време от началото на деформацията от момента на включване на устройството до достигане на определена стойност на напрежението. В съответствие със стандарта, той трябва да бъде равен на 60 kgf / cm 2 за пресови класове фенолни пластмаси, 35 kgf / cm 2 за отливки и 40 kgf / cm 2 за аминопласти.
Не се допуска формоване на ненагрят материал до вискозно състояние.
Пластометричните криви могат да се използват за изследване на поведението при нагряване на резолови и новолачни олигомери (фиг. 2.6).
Ориз. 2.6. Пластометрични криви на феноли 1 - новолак, 2 - резол
Загряването на новолачните и резолните пресови материали отнема приблизително едно и също време. Напрежението на срязване в пластично-вискозно състояние на новолачните материали е по-ниско от това на резолните. Това се дължи на по-голямата подвижност на молекулите на новолачната смола. Резолната смола има разклонена структура, така че напрежението в пластично-вискозно състояние за този материал е по-голямо в сравнение с новолак тип материал. В тази връзка първоначалният вискозитет на материалите на базата на новолачни и резолови смоли е различен. Реактивността на функционалните групи при една и съща температура на изпитване за резолови и новолачни смоли е една и съща. Но за да реагират молекулите, те трябва да се доближат до определеноразстояние. В същото време молекулите на олигомерите на новолачната смола, които са по-стабилни, реагират по-рано и следователно времето, прекарано в новолачните пресови материали във вискозно състояние, е по-кратко, отколкото в резолните. Поради по-ниската подвижност, скоростта на втвърдяване на резоловите олигомери е ниска.
Пластометричният метод ви позволява да оцените ефекта на температурата върху процеса на втвърдяване (фиг. 2.7).
Ориз. 2.7. Влияние на температурата върху втвърдяването
С повишаване на температурата площта на вискозното състояние намалява, напрежението и времето, през което материалът е във вискозно състояние, намаляват. В този случай скоростта на втвърдяване се увеличава. Намаляването на напрежението в пластично състояние се обяснява с намаляването на вискозитета на материала с повишаване на температурата.
Експерименталните данни показват, че продължителността на пластичното състояние на пресовия материал намалява по асимптотични криви с повишаване на температурата.
Времето на престой на материала във вискозно състояние от времето се изразява чрез следната функционална зависимост:
където - tâò е продължителността на вискозното състояние;
U е свободната енергия на активиране на реакцията на поликондензация;
Т е абсолютната температура;
k е константата на Болцман;
А е параметър в зависимост от количеството продукти в пресовия материал, способни да реагират, или в зависимост от количеството материал, който трябва да бъде извлечен.
Температурната зависимост на скоростта на втвърдяване се подчинява на уравнението на Арениус:
където B е константа, зависеща от броя на сблъсъци и от пространствени и геометрични фактори;
Така резултатът от теста на пластометъра Канавец свидетелства за качеството на пресовия материал, неговата склонност към обработка и процеса на втвърдяване.този материал.
Технологът, използвайки сравнително прост метод, може да проследи влиянието на пълнителя, отделните компоненти на състава на пресата върху свойствата на материала, според показателите, измерени на пластометъра.
В допълнение, пластометричният метод може да се използва за пофазов контрол на валцоване, екструдиране на етапа на приготвяне на прах, сушене на прах.
Нека разгледаме как се променя кинетиката на реакцията на втвърдяване на пресов материал от новолачен тип при температура 170 ° C в зависимост от продължителността на валцуването.
Ориз. 2.8. Ефект на времето за валцуване върху кинетиката на втвърдяване
Както може да се види от графиката (фиг. 2.8), при валцоване за 30 секунди вискозното състояние е дълго, скоростта на втвърдяване е ниска. С увеличаване на времето се наблюдава леко повишаване на напрежението поради увеличаване на степента на поликондензация на свързващото вещество. В този случай продължителността на вискозното състояние постепенно намалява и ако материалът се търкаля твърде дълго, тогава вискозно-пластичното състояние почти изчезва. Въпреки факта, че материалът има висока степен на втвърдяване, той не може да бъде рециклиран, т.к. този материал няма секция за вискозно състояние. Имайки семейство пластометрични криви, можем разумно да изберем оптималния режим на търкаляне.
Използвайки данните от пластометъра, е възможно да се характеризира промяната във вискозитета по време на валцуване.
Ориз. 2.9. Промяна на вискозитета по време на валцоване
I - зона на пластифициране: има нагряване, смесване на масата, подравняване на фракционния състав на състава.
II - промяната във вискозитета е относително малка, тук продължава по-нататъшното подреждане на фракционния състав на материала.
III - вискозитетът се увеличава, образуването на триизмеренкръстосани връзки, т.е. процесът на структуриране (омрежване).
Като знаете промяната във вискозитета, изберете времето на валцуване. Най-добрият вариант е зона II.
Нека да оценим ефекта от времето за сушене върху качеството на материала.
Ориз. 2.10. Влияние на времето за съхнене върху качеството на материала
Анализът на пластометричните криви показва, че в недостатъчно изсушения материал има нисък начален вискозитет, ниска скорост на втвърдяване и ниска степен на втвърдяване. На 2,5 часа - материалът е твърде сух, запълва зле инструмента за формоване, т.к тече зле.
Качеството на материала може да се контролира на етапа на подготовката му. Пластометричният метод е приложим за изследване на ефекта на отделните компоненти на пресовата композиция, включени в материала, върху свойствата на пресовите прахове.
Фурфуролът е характерен пластификатор за термореактивни прахове. Фурфуролът може да реагира с фенол-формалдехид олигомери.
Експериментите показват, че фурфуролът не само пластифицира новолачните пресови материали и това следва от намаляването на напрежението на срязване в крайния етап на втвърдяване (фиг. 2.11), но също така увеличава продължителността на вискозното състояние и забавя скоростта на втвърдяване.
Ориз. 2.11. Ефектът на фурфурол върху качеството на материала
Стеаринова (олеинова) киселина се въвежда като смазка и практически не влияе върху продължителността на вискозното състояние и скоростта на втвърдяване (фиг. 2.12), но намалява вискозитета и напрежението на срязване на всички етапи на втвърдяване.
Ориз. 2.12. Ефект на смазочната добавка върху свойствата на материала 1 - без смазване, 2 - със смазване
Уротропинът може да бъде въведен в материалите за пресата. При коетопродължителността на вискозно-течното състояние на материала се намалява (фиг. 2.13), скоростта на втвърдяване на новолачните пресови материали се увеличава.
Ориз. 2.13. Влияние на втвърдителя върху свойствата на материала 1 - без добавка, 2 - с добавка
В състава на праховете се въвеждат MgO, CaO. Те повишават вискозитета и намаляват продължителността на вискозното състояние на пресовите прахове, измествайки реакцията към структуриране (фиг. 2.14).
Ориз. 2.13. Влияние на добавките MgO и CaO върху свойствата на материала 1 - без добавка, 2 - с добавка