тел.: 8 (812) 953-52-84

Ультрозвуковая монолитизация

В процессе изготовления пластикового армейского кейса, полимерный материал подвергаются воздействию высоких температур и давлений, сдвиговых деформаций и других факторов, способных вызвать в них различные превращения — деструкцию, ориентацию и др. Для оптимизации технологического процесса формования необходима оценка влияния происходящих превращений на свойства получаемых изделий. Перспективна монолитизация полимерного материала с помощью ультразвукового (УЗ) воздействия с целью получения заготовок для переработки методом ротационного формования при температуре близкой к температуре плавления материала.

Поскольку при воздействии ультразвука в массе полимера выделяется значительное количество энергии и не исключены необратимые превращения, изменяющие свойства материала, возникла необходимость проведения оценки различных способов монолитизации по их воздействию на молекулярно-массовые характеристики, структуру и свойства полимерного материала.

Структуру монолитизированных образцов пластикового армейского кейса оценивали рентгенографическим анализом при больших и малых углах дифракции, по данным акустических исследований, определяли также молекулярно-массовые характеристики.

Из анализа интегральных кривых молекулярномассового распределения следует, что в наибольшей степени изменяются средняя молекулярная масса и степень полидисперсности образцов, полученных методом ротационного формования.

Характеристики полимеров, монолитизированных при помощи УЗ-колебаний, не превышают характеристики полимеров, монолитизированных традиционными методами переработки.

Монолитизация полиолефинов при помощи УЗ колебаний происходит при температуре, незначительно превышающей температуру плавления, в то время как другими способами полиолефины перерабатываются при температуре выше температуры плавления на 40— 80°С. Такое различие температурных режимов является причиной различия размеров наиболее крупных элементов надмолекулярной структуры полиолефинов - сферолитов.

У образцов, монолитизированных при помощи УЗ-колебаний, образуется структура со сферолитами меньших размеров, чем у прессованных образцов.

Снижение размеров сферолитов способствует улучшению деформационной способности пластикового армейского кейса. Установлено преимущество мелкосферолитной структуры в процессе пластического деформирования.

Рентгенографические исследования показали, что у образцов, монолитизированных при помощи УЗ колебаний, наблюдается некоторая ориентация кристаллитов. На фоторентгенограммах в больших углах дифракции для таких образцов характерно появление рефлексов. 

Оценку структурных изменений в образцах после монолитизации проводили также по результатам акустических исследований. Для образцов, монолитизированных при помощи УЗ-колебаний, характерна большая скорость распространения сдвиговых УЗ тволн, чем для прессованных образцов. Заметно различаются динамические параметры, характеризующие структурную однородность образцов. Монолитизированные с помощью УЗ-колебаний образцы имеют более высокие динамические модули продольной и сдвиговой упругости, чем прессованные образцы.

Ориентация кристаллитов в образцах пластикового армейского кейса, монолитизированных при помощи УЗ-колебаний, по-видимому, недостаточна, чтобы объяснить наблюдаемое изменение их динамических параметров (по сравнению с прессованными образцами). Увеличение скорости распространения звука и соответствующее повышение динамических модулей продольной и сдвиговой упругости образцов, монолитизированных с помощью УЗ-колебаний, связано в основном с ориентацией макромолекул в аморфной фазе полиолефинов, происходящей вследствие воздействия ультразвука в процессе монолитизации. Это подтверждается снижением интенсивности малоуглового рефлекса у образцов, монолитизированных с помощью УЗ-колебаний, что свидетельствует об их анизотропном характере.

Установлено, что если ориентация, возникающая в полимерных заготовках в результате действия УЗ- колебаний, совпадает с направлением ориентации в процессе деформирования таких заготовок при температуре ниже температуры плавления полимера, то это облегчает перестройку структуры полимера в процессе деформирования, обеспечивает повышение степени ориентации в изделиях и, соответственно, увеличение их прочности.

Изменение соотношения динамических модулей продольной и сдвиговой упругости для образцов полиолефинов, монолитизированных при помощи УЗ  колебаний, приводит к значительному уменьшению динамического модуля всестороннего сжатия таких образцов по сравнению с этим показателем для образцов, монолитизированных прессованием.

Динамический модуль всестороннего сжатия характеризует способность образца оказывать сопротивление действию  внешних сил, аналогичных тем, которые действуют на полимерную заготовку в процессах пластического деформирования (исключая процесс холодной вытяжки). Уменьшение динамического модуля всестороннего сжатия может свидетельствовать о повышении деформационной способности таких заготовок.

Физико-механические свойства исследуемого образца пластикового армейского кейса оценивали по микротвердости по Виккерсу. Такой выбор обусловлен, во-первых, трудностью получения стандартных образцов для испытаний на установке ультразвуковой монолитизации, во-вторых, простотой, надежностью и информативностью метода для сравнительной оценки свойств образцов. Твердость представляет собой характеристику, зависящую от механических свойств материала — упругости, текучести, удлинения и др.

Для оценки влияния технологических параметров получения заготовок на прочностные свойства полимеров определяли температурные зависимости микротвердости образцов полиолефинов, монолитизированных при помощи УЗ-колебаний и прессованием. Установлено, что при температуре 20—80 °С микро- твердость образцов, монолитизированных при воздействии ультразвука, ниже, чем прессованных. Зависимость микротвердости от температуры более значительна для образцов, монолитизированных с помощью ультразвука. Снижение микротвердости соответствует уменьшению сопротивления деформированию, а усиление зависимости микротвердости от температуры испытания свидетельствут об ускорении перестройки структуры под действием внешних факторов и улучшении деформационной способности.

Для проверки выводов об улучшении деформационных свойств заготовок, монолитизированных с помощью УЗ-колебаний, сделанных на основании исследований структуры и микротвердости, определяли давление формования при получении профильных изделий при температуре ниже температуры плавления.

Таким образом, необходимое давление формования для образцов, монолитизированных с помощью УЗ-колебаний, ниже, чем для прессованных образцов. В процессе УЗ-монолитизации пластикового армейского кейса происходит изменение его структуры, способствующее улучшению деформационных характеристик полимера и снижению необходимых усилий при последующем формовании при температуре ниже температуры плавления.

© 2018 www.rotoform.ru
г. Санкт-Петербург,
+7 (812) 953-52-84, rotoform@mail.ru