Производство одноразовой посуды методом вакуум формования

РЕФЕРАТ 
 

Пояснювальна записка міcтить : с, табл., рис., використаних дже-

рел.

Ключові слова: вакуум формування, одноразова

тара, технологія, вакуум формуючий апарат, заготівка,

 продуктивність.

     Мета проекту полягає в розробці виробництва одноразової тари з поліпропілену методом вакуум формування з річною продуктивністю 500 т.

     Розроблено технолопчну схему, дана характеристика матереріалу, виробіb, проведений розрахунок продуктивності вакуум формуючого апарата, потyжнocтi, споживаної вакуум формуючим апаратом, енергетичні розрахунки оснащення апарата.

3MICT 
 

ВСТУП 

1 ТЕХНОЛОПЧНА ЧАСТИНА 

1.1. Теоретичні основи переробки листових термопластів методом

вакуум формування 

2.1. Основні способи вакуум формування листових матеріа-

лів 

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ГОТОВОЇ ПРОДУКЦІЇ 
3. ОБГРУНТУВАННЯ ВИБОРУ ВИХІДНОЇ СИРОВИНИ 

3.1 Характеристика поліпропілену 

2. Полімеризація та сополімеризація пропілену 
3. Структура поліпропілену: властивості та застосування

4 ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ПЕРЕРОБКИ ЛИСТОВИХ ТЕРМОПЛАС-

TIB 

1. Класифікація формуючого обладнання 
2. Однопозиційні машини 
3. Багатопозиційні машини 
4. Багатопозиційні машини позиціями різного призначення 
5. Поточні лінії та спеціалізовані машини 

5 ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГІЧНОЇ ОСНАСТКИ 

1. Розмітка листової заготівки 
2. Закріплення заготівки 
3. Нагрівання листової заготівки 
4. Розрахунок часу нагрівання загоівки 
5. Формування виробів 
6. Розрахунок товщини стінок сформованих виробів 

5.70холодження виробів 

6 ЕНЕРГЕТИЧНІ РОЗРАХУНКИ 

6.1 Розрахунок нагрівального устрою. 6.2Розрахунок формотворної машини.

7 РОЗРАХУНОК ТЕХНОЛОПЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ВИРОБНИЦТВА

8. РОЗРАХУНОК KIJlЬKOCTI ОБЛАДНАННЯ
9. КОНТРОЛЬ ВИРОБНИЦТВА 

ВИСНОВОК 

СПИСОК ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ 

ВСТУП

     Швидкі темпи розвитку промисловості пластмас потребують значного збільшення виробничих потужностей по ix переробці. В наш час у хімічній промисловості та галузях, що застосовують у великій кількості вироби з пластмас, створюються нові та поширюються діючи потужності по переробці полімерних матеріалів у вироби. Плануеться подальше освоения i поширення виробництва нових видів синтетичних смол, пластмас та виробiв з них, заміна структури ассортименту, продукція що випускаеться у зв'язку із збільшенням питомоі ваги та об'ему виробництва термопластичних матеріалів.

     Розширення сфер використання виробів з пластмас розробки та удосконалення процесів переробки та застосування високоефективного обладнання.

     Аналіз стану переробки пластмас у вироби показує, що спостерігається постійне зниження долі таких "традиційних" процесів, як лиття під тиском, екструзія та пресування. В той же час питома вага "нових" процесів, таких як формування листових матеріалів - збшьшується.

     Формування виробів з листів є одним із самих ранніх методів виготовлення виробів з пластичних мас. Вперше цей метод почав застосовуватися у кінці позаминулого століття для видування виробів із целулоїду. Поступово, з появою цілої гами нових листових матеріалів, метод формування термопластів знову одержав у всьому світі значне розповсюдження.

     Як показуе досвід вітчизняної промисловості, а також практика за кордоном, найбільші перспективи має метод формування при виготовлення крупногабаритних виробів, а також при виробництві дрібної тари разового використання.

     Перевагою метода формування у порівнянні з іншими є менша вартість обладнання, можливість виготовлення тонкостінних виробів, висока ступінь автоматизації процесу, а також відносно мала вартість виготовлення формуючого інструменту.

     В наш час процеси переробки пластмас у вироби розвилась настільки, що багато видів виробів, можливо, виготовити декількома способами.

     Розвиток метода формування в основному залежить від темпу виробництва листових та рулонних термопластів, та приріст потужності по виробництву формованих виробів у всьому світі майже прямо пропорційний приросту потужностей по виробництву листа.

     Недостатки, до яких в першу чергу віноситься значна порівняно з іншими методами переробки різнотовщинність виробів, що отримують, та недостатня стабільність розмірів деталей, що потрапляють при експлуатації в умовах підвищених температур. Kpiм того, при виборі метода необхідно враховувати, що листи i плівка коштують дорожче ніж гранули. Однак останній час цей фактор має менше значения у зв'язку зі значним здеревінням процесу листування термопластів iз утворенням автоматичних ліній типа "екструдер - формуючий агрегат" i "каландр - формуючий агрегат".

     Ціль роботи - спроектувати виробництво одноразової споживчої тари з поліпропілену методом вакуум формування.

              1 ТЕХНОЛОПЧНА ЧАСТИНА

               1.1 Теоретичні основи переробки листових термопластів методом               вакуум формування

     В залежності від характеру процесів, що приводять до фіксування форми виробів, що отримують, пластичні маси поділяють на термопласти та реактопласти. Форма виробів у термопластів фіксується не за рахунок хімічних реакцій (як у реактопластів), а в наслідок охолодження нижче температури скловання (Тст.)або температури кристалізації. При нагріванні термопластів вище температури текучості (Тт.)вони здатні знов переходити з твердого у в'язкотекучій (ВТ) стан без значно'ї зміни хімічної структури. При охолодженні термопластів вони знову стають твердими. Таки чином, вони можуть перероблятися повторно без погіршення властивостей,[14].

     По зв'язку зі зміною стану пoлiмepy на кожн1й стадії технолопчного процесу особливо важливе значения мають ті його властивості, які визначають поведінку полімеру на данній стадії, i, отож враховуються при виборі параметрів переробки.

     Полімери можуть або кристалізуватися, або залишатися при всіх температурах аморфними. Аморфні полімери можуть знаходитися у трьох фізичних станах: склоутворювального (СУ), високоеластичного (BE) i ВТ. Ці стани i межи їх існування вивчають за допомогою різних структурних методів, наприклад термомеханічного (ТМ), який визначае залежнють деформацфї полімеру від температури при постійному напруженні - це термомеханічна крива (ТМК), [14] .На ділянці АВ тепловий рух незначний i проявляеться у коливаннях окремих атомів функцюнальних груп, при цьому деформації маленькі i мають оборотний характер.

     Після досягнення Тст полімер переходить у BE стан (ділянка ВС). Перехід з СУ у BE стан відбуваеться у певному температурному інтервалі Це можна пояснити полідісперсністю полімеру, тобто різним по розміру молекулам потрібні різні температурні умови для розморожування сегментальної рухомості.

     Отож, чим вужче сигментально-масовий розподіл, тим вужче область переходу з СУ у BE стан. BE стан характеризуеться дуже великими оборотними деформаціями, що вщбуваються під впливом дуже невеликого навантаження, які при зніманні навантаження з зразка зникають не миттєво, а в ході певного часу, тобто мають релаксаційний характер. Ця область є дуже важливою для переробки термопластів, так як вона дозволяє використовувати прості методи переробки, при яких не потрібні великі зусилля. В той же час опір деформаціі досить важливий, матеріал добре зберігає форму, тому при переробці не потребує застосування зовнішніх опор за виключенням тих міст,де деформація повинна бути виключена з ціллю обмеження розмірів виробів. Особливість BE стану відображаеться на механічних властивостях полімеру: він має високу податливість, низький модуль пружності та його зниження з підвищенням температури, [14]. 
 
 

D

     Рис. 1.1 - Термомеханічна крива полімеру: 1 - аморфний, 2 - високо кристалічний. 
 

     При подальшому збільшенні температури полімер переходить у ВТ стан (ділянка СД), де проявляються великі необоротні деформаціі та термопласти володіюь малим опором деформації, відбувається ковзання макромолекул друг відносно друга, тобто полімер тече. Тому для переробки пластмас ВТ стан грае велику роль, тому що формування виробів відбуваеться саме з цього стану.

     Ефективним напрямком є створення модіфікованих матеріалів. В склад полімерних композицій окрім полімерного зв'язуючого можуть входити різні добавки.

     Пластифікатори вводяться з ціллю придания полімеру еластичності та пластичності при переробці. Така фізична модифікація полімера полегшує формування виробів, підвищується їх морозостійкість, вогнестійкість, зменшуеться значения модуля еластичносі, полегшуеться змішання полімеру з іншими інгредієнтами. Збільшення складу пластіфікатора в полімері знижуе Тст, тобто полімер зберігає свої BE властивості при більш низьких температурах крім того зменшується i Тт., тобто уся ТМК зміщуеться вліво. При невеликому складі пластифікатору Тт. Знижуеться більш різко, чим Тт. i, в результаті, інтервал BE розширюється. Подальше збільшення складу пластифікатору приводить до більш різкого зниження Тт. i інтервал BE стану знижуеться. Ряд пластифікаторів різницю між Тт. та Тст зберігає незмінною до певної концентрації. Пластифкатори повинні добре поєднуватися з полімером з утворенням системи, що володіє експлуатаційною стійкістю, повинні бути хімічно стабільними, мати низьку летючість, бути безбарвними, без запаху.

     Важливу роль в полімерій композиції мають наповнювачі їх вводять для поліпшення мехнічних властивостей пластмас, зменшення усадки під час отвердіння, підвищення їx стійкості до дії різних середовищ. Введения у термопласти наповнювачів дозволяє створити матеріал з поліпшеними міцностними властивостями, дозволяє отримати матеріали з властивостями,що були задани раніше, що дае можливіть розширити області застосування пластмас. Наповнювачі повинні змішуватися з полімером з утворенням системи певної ступені однорідності, вони повинні змочуватися розплавом полімеру, зберігати стабільність властивостей в процесах збершання, переробки та екс-плуатації пластмас, [14].

     Для підвищення стійкості полімерноі композиції до дії тепла, світу, радіації, кисню, до них вводять стабілізатори - хімічні сполуки, що сприяють тривалому зберіганню властивостей пластмас у процесі їx переробки та експлуатації.

      Змазуючі речовини запобігають присипанню матеріалу до обладнання у процесі його виготовлення i переробці у виріб. 
 

1.2 OСHOBHІ способи вакуум формування листових матеріалів 
 

     В цьому розділі приведені види вакуум формування i описан метод обраний для виробництва одноразової споживчої тари.

     Обраний метод - негативне формування з попередньою мехашчною витяжкою (рис. 1.2). Основна особливість цього метода полягае в тому, що закрсплений над матрицею лист термопласта вдавлюється у неї товкачем. Товкач, опускаючись униз, придає листу форму, що приблизно відповідає формі матриці, і виробляе попередню механічну витяжку листа. Як тільки товкач приходить у нижне положения, в матриці створюється формуючий тиск (за рахунок вакууму, зжатого повітря або рідини,що нагнітає) і лист притискається до внутрішньї поверхні матриці, точно відтворюючи розміри та малюнок форми, [4].

     При мехашчній витяжці відбувається зменшення товщини бокових стінок, виробу що формуеться, а товщина дна залишається майже без зміни порівняно з товщиною листа. При негативному формуванні більш за все витягується дно виробу та кути, що до нього прилягають. Поєднання двох способів, що розглядаються, дозволяє отримати більш глибокі вироби з рівномірною товщиною стінки та дна, ніж при "чистому" негативному формуванні. До недоліків процесу слід віднести ускладнення обладнання та збільшення числа технологічних параметрів, які потрібно контролювати у ході процесу. 
 
 
 
 

Таблиця 1.1 —Основні способи вакуум формування листових матеріалів 

а -нагр1вання заготовки, б - попередня мехашчна витяжка, в - кшцеве оформления виробу. 

     Попередня механічна витяжка може здійснюватися при негативному формуванні не тільи жорстким, але й еластичним пуансоном, який виготовляеться, як правило, з гуми. Цей процес є поеднанням штампування еластичним пуансоном та негативного формування. Еластичний пуансон вдавлює разогріту заготівку в матрицю, однак для кращого оформления виробу в момент витяжки термопласта в формі створюється розтягання, що забезпечуе плотноє поджатіє заготівки до стінок матриці. При попередній витяжці еластичним пуансоном різнотовщинність виробу менше, ніж при використанні жорсткого. Це пояснюеться тим, що при зіткнення заготівки з гумою не вщбувається різкого охолодження термопласта i матеріал продовжуе деформуватись, обжимаючи пуансон, [4] 

2 ХАРАКТЕРИСТИКА ГОТОВОЇ ПРОДУКЦІЇ

Параметри одноразової тари вказані в табл.. 2.1

     В якості сировини для виробництва одноразової тари використовують поліпропіленову плівку (у рулонах), шириною 465 мм, товщиною 1,4 мм, масою 50 кг, [2].

     Одноразова тара виготовлена на багатопозизійній вакуум-формовочій машині стрічкового типу, методом негативного формування з попередньою витяжкою. Апарат DOGA-VAG (ф1рма "Гасти", ФРГ),технолопчна характеристика обладнання приведена в табл.2.2 
 

Таблиця 2.1- Параметри одноразової тари 

Таблиця 2.2. - Технологічні характеристики апарату DOGA-VAG. 

3 ОБГРУНТУВАННЯ ВИБОРУ ВИХІДНОІ СИРОВИНИ 3.1 Характеристика поліпропілену 
 

     Пропілен СН2=СН-СН3 (молекулярна маса 42,081) при звичайних умовах - безбарвний газ з слабим характерним запахом.

     Пропілен відноситься до числа найважливіших видів сировини сучасної нафтохімічної промисловості. Різноманітність синтезів на основі пропілену є причиною швидкого збільшення об'ему виробництва цього продукту. Джерелами сировини для промислового виробництва пропілену можуть служити продукти переробки нафти, а також природні вуглеводні гази.

     Пропілен отримують різними методами: а) розіл газів нафтопереробки що містять олефіни, б) піролізом етану i пропану, що містяться в газах нафтопереробки, в) піролізом етану i вищих алканів, що виділяються з природного газу, г) піролізом рідких вуглеводнів.

     В залежності від способу підводу тепла в реакційну зону розрізняють наступні методи піролізу вуглеводнів для отримання пропілену: а) в трубчатих печах з зовнішнім вогневим обігрівом, б) з застосуванням в якості теплоносія перегрітого водяного пару i димових газів, в) в регенеративних печах з нерухомою насадкою, г) в регенеративних печах з теплоносіем що рухається, д)окислювальний піроліз. Найбільш поширеним методом отримання пропілену є піроліз нафтової сировини в трубчатих печах. Це пояснюється невеликими капітальними затратами на будівництво трубчатих піролізних установок i порівняною простотою обслуговування.

     Для отримання пропілену високої ступені чистоти, необхідної для хімічної переробки, проводять розділ піролізного газу на окремі компоненти.

     Розділ газу перолізу доцільно здійснювати при підвищеному тиску. Перед розділом газ зжимають компресорами в 4 - 5 ступенів i очищають в лугових промивних апаратах від кислих домішок. Потім з газу видаляють сполуки ацетилену (шляхом селективного гідрування на спеціальному каталізаторі або промивкою діметилформамідом) i піддають його сушці за допомогою різних адсорбентів.

     В промисловості для виділення пропілену з піролізного газу найчастіше застосовуеться метод ректифікації, який є в техніко-економічному відношенні найбільш вигідним.

     Для виробництва поліпропілену потрібен пропілен високого ступеня чистоти. Зміст таких домішок, як ацетиленової і сіркової' сполуки, кисень, окис i двоокис вуглецю не повинні перевищувати сотих i тисячних долів проценту.

     Задовільним вважаеться пропілен наступного складу (в об'емн. ч. на 1 млн.): Cipкa -.10;вода.-10;пропадієн.-20;кисень-.10 ;окис вуглецю.-. 10; карбоніл сульфід.-.10;ацетилен.-5;етан + пропан.-.2.000 
 

3.2 Полімеризація та сополімеризація пропілену

     Відкриття специфічних каталізаторів подавало велику промислову заіцікавленість i визвало цілий ряд досліджень в області полімерізації пропілену і інших олефінів. Незабаром після появи перших повідомлень про полімеризацію етилену при низьких тисках фірмою Монтекатіні та Циглером були взяті сумісні патенти в яких описані основні групи речовин, що застосовуються в якості каталізаторів. Найважливіші з них наступні: сполуки перехідних металів: TiCU, TiCb, TiCb, ацетилацетонат хрому та ін. Металоорганічні сполуки: А1 (С2Н5)з,А1 (СзН7)з-А1 (С1бНз)з, алюмінієві сплави (наприклад, Mq3Al2) та ін .

     Детальне вивчення різних каталітичних систем дозволило виявити нові типи каталізаторів, однак принципи їx дії той же і заключається у взаемодії металів органічних сполук 1,2 або 3 груп перюдичної системи з сполуками перехщних металів 4-8 груп.

     Ізотактичний поліпропілен в наш час отримують тільки на гетерогенних каталітичних системах в яких, перехідні метали знаходяться в нерозчинній, більш менш кристалічній формі, а металоорганічні сполуки в вуглеводному середовищі

     Основні параметри процесу полімерізації, а саме загальна швидкість процесу, стереоізомерний склад полімеру i його молекулярна маса, залежать від хімічної і фізичної природи каталізатора, полімеризаційного середовища і фізичних умов. А також ступеня чистоти окремих компонентів системи іїх концентрації.

      Отриманий в результаті стереоспецефічної полімеризації продукт на ряду з ізотактичним полімером містить також деяку кількість атактичної фракції так звані стереоблокполімери, в макромолкулах які чередуються на протилежних сторонах ланцюга не окремі групи СРз, a цілі ізотактичні ділянки цих груп.

     Каталізатор знаходиться у місі полімеру, що утворився і тому його необхідно або видалити, або перевести в хімічну інертну форму, яка не викликає деструкції і небажаного забарвлення полімеру. Зміст аморфних i стереоблочншх фракцій оказує вплив на здатність полімеру до переробки i властивості виробів, що отримуються i повинно бути відрегульовано відповідно з призначенням полімеру. Іншим параметром, яким необхідно змінювати в широких межах в залежності від призначення полімеру, є величина молеку-лярної ваги.

     Збільшити молекулярну вагу полімеру можна за допомогою різних добавок (наприклад, амінів) або самих каталітичних систем. Знизити молекулярну вагу можна трьома методами: а) вибором режиму полімеризації (каталізатор, температура, концентрація мономера i т.п.), б) додання речовин, що викликають передачу ланцюга, в) спрямованої деструкції полімеру. На практиці молекулярну вагу полімеру найчастіше регулюють за допомогою агентів передачі ланцюга.

     На ряду з вивченням хімічних та фізичних властивостей поліпропілену увагу дослідників в усьому свті привертаеє сополімеризація пропілену з іншими мономерами в ланцюгах модифікації властивостей продукту. В коло проблем, пов'язаних з сополімерізацією на стерео специфічних каталізаторах, крім вивчення складу сополімеру I вміст вихідних  мономерів, входить також вивчення просторовоі структури продуктів, що утворюються з врахуванням застосованої комбшації мономерів i каталітичної системи. 

3.3 Структура поліпропілену: властивості, застосування