Технологические операции и процессы изготовления керамических изделий методом полусухого прессования, применяемое оборудование, возможные виды производственных дефектов

Методом полусухого прессованияполучают изделия из керамических порошков. Такие изделия характеризуются большей механической прочностью, малой влажностью, что значительно сокращает время обжига; кроме того, они имеют четкую геометрическую форму.

Для получения порошка подготовленную пластическую массу высушивают до остаточной влажности 2 — 3%,тонко измельчают и получают порошок, в ко­торый добавляют пластификатор. Изготавливают изделия в метал­лических формах под большим давлением.

Рассмотрим основные этапы изготовления керамических изделий методом полусухого прессования.

Первый этап — приготовление пресс-порошка. Пресс-порошок — это дисперсная, глинистая система с низким содержанием влаги. Такой массе не свойственна связанность, что обуславливает ее сыпучесть — скорость стечения через определенное отверстие под действием собственной массы. Для того, чтобы получить максимально уплотненный порошок при минимальном давлении (прессуемость порошка), он должен иметь определенный зерновой состав (гранулометрический) и влажность. В результате приготовления порошка масса должна иметь однородную пофракционную влажность и минимальное содержание пылевидной фракции [5].

Пресс-порошки для производства керамических изделий получают в основном тремя способами:

• I способ (порошковый) — глинистое сырье и добавки подвергаются сушке, помолу, пресс-порошок гранулируется до заданных размеров гранул с увлажнением или без увлажнения;

• II способ (пластично-порошковый) — глинистое сырье и добавки подвергаются дроблению, увлажнению до пластического состояния, перемешиванию, из пластической массы формуются гранулы размером до 15 мм, которые подсушиваются, измельчаются и гранулируются до заданного зернового состава;

•III способ (шликерный) — глинистое сырье и добавки измельчаются совместно с водой до сметанообразного состояния. Полученную суспензию с влажностью 40-60 % (шликер) сушат в распылительных сушилках до влажности 5-8 %. Основная технологическая связка таких порошков — вода, без которой не проявляется пластифицирующая способность глинистых материалов и прессование практически невозможно.

Положительное влияние на качество прессовки оказывает ступенчатое прессование, при котором штамп давит на порошок со стадиями разгрузки, т.е. после определенного периода давления штамп несколько приподнимается и прессовка освобождается от прессующего давления. Это позволяет более полно удалить воздух из прессовок. Характерный дефект при полусухом прессовании керамических изделий — трещины расслаивания, расположенные перпендикулярно усилию прессования. Основные причины таких трещин — расширение запрессованного воздуха, сегрегация пресс-порошка при засыпке его в пресс-форму (разные части формы заполняются порошком разного зернового состава) и упругие деформации глинистых частиц.

Для предотвращения этого явления рекомендуется применять прессы с многоступенчатым двусторонним прессованием и выдержкой при максимальном давлении, а также пресс-порошки с оптимальным составом и влажностью.

Второй этап — это прессование. При прессовании керамический порошок проходит несколько стадий. Сначала происходит уплотнение — сближение частиц вещества друг к другу, при этом часть воздуха удаляется. На второй стадии увеличивается поверхность контакта частиц друг с другом путем пластической деформации. При этом на поверхность такой частицы выдавливается влага. Все это приводит к усилению сцепления между частицами вещества. На третьей стадии в результате уплотнения частицы подвергаются упругой деформации. И последняя стадия прессования происходит при очень высоком давлении и вызывает хрупкое разрушение частиц порошка [6].

После прекращения воздействия на порошок давления происходит упругое расширение материала (иногда до 8%). Различие между исходной высотой порошка (до пресса) и высотой получившейся массы после прессования называется «осадкой». Для каждого порошка есть определенное давление, по достижению которого материал больше не уплотняется.

Большое значение при осуществлении прессования имеет одинаковая плотность прессовки, что обуславливается режимом процесса. Режимы прессования разделяются по направлению (односторонние и двусторонние), кратности (однократные и многократные) и по интенсивности приложенных усилий (ударные и плавные).

Третий этап — сушка. После формования полуфабрикат керамических изделий имеет невысокую механическую прочность из-за наличия в массе влаги, количество которой зависит от способа производства, минерального состава массы и других факторов. Это затрудняет транспортирование изделий, кроме того, в процессе сушки происходит усадка изделий. [6].

Искусственная сушка осуществляется в сушилках, которые по принципу (режиму) работы подразделяются на камерные, туннельные, конвейерные, а по форме — на прямоугольные и круглые. Сушилки различаются по способу подвода тепла к высушива­емому изделию на конвективные, радиационные, а также комби­нированные. Температура сушки изделий без форм равна 70 °С, при этом их остаточная влажность составляет 2 — 4%.

Для каждого вида изделий безопасный режим сушки зависит от свойств массы (количества отощающих добавок, их зернового состава, чувствительности глины к сушке), способа формования и переработки массы, габаритов изделия и способов сушки. Способ сушки и конструкцию сушильного агрегата для каждого вида изделий выбирают исходя из возможности максимальной механизации и автоматизации загрузки, транспортирования в процессе сушки и выгрузки изделий из сушильного агрегата при минимальных энергетических затратах и гарантированном качестве изделий [6].

Теплоносителем в сушильных устройствах является воздух, нагреваемый до необходимой температуры в зоне охлаждения обжиговых агрегатов или в специальных нагревательных устройствах (калориферах, подтопках.), устанавливаемых в непосредственной близости от сушилок.

В процессе сушки на изделиях могут возникать дефекты формования (литья): «жмотины», выбоины, а также деформация, трещины, отставание приставных деталей. Поэтому изделия подвергают визуальному и керосиновому контролю (выборочно) и направляют на обжиг. Перед обжигом изделия зачищают наждачной бумагой, удаляя швы от пресс-форм, а затем обдувают струей сжатого воздуха, чтобы снять с поверхности изделия пыль.

Цель обжига - сформировать черепок изделия с заданными физико-техническими свойствами, закрепить глазурь и декор на его поверхности.

Обжиг в производстве керамических изделий — наиболее от­ветственная технологическая операция, в большинстве случаев - завершающая стадия их изготовления. При обжиге протекают сложные химические, физические и физико-химические процессы, формирующие структуру изделий и определяющие их физико-технические свойства (прочность, плотность, водопоглощение). Для изделий тонкой керамики характерны два обжига, но если на изделия нанесены надглазурные декоры, то они подвергаются третьему обжигу — муфельному.

Весь процесс обжига разделяется на три периода: нагрев до максимальной температуры, выдержка при этой температуре и охлаждение. При нагреве и последующем после обжига охлаждении в керамическом материале происходит комплекс физико-химических изменений, которые в основном и предопределяют те или иные свойства готового керамического изделия [6].

При обжиге изделий строительной керамики спекание в основном происходит вследствие образования эвтектической жидкой фазы, растворения в ней некоторых компонентов и цементации ею всех кристаллических и зерновых образований при охлаждении.

Под температурным режимом обжига понимают зависимость между температурой и временем обжига. Режим обжига представляет собой комплекс взаимосвязанных факторов: скорости подъема температуры, конечной температуры обжига, длительности выдержки при конечной температуре, характера газовой среды и скорости охлаждения. Под интервалом обжига понимают температурные границы, в пределах которых изделия при обжиге приобретают свойства, регламентированные действующим ГОСТом.

Для обжига изделий строительной керамики применяются печи различных типов и конструкций, в основном туннельные и щелевые (табл. 3.35). Принцип конструкции печей туннельного типа заключается в непрерывном продвижении в обжиговом туннеле шириной 1,6-7 и длиной 50-150 м обжиговых вагонеток с установленными на них изделиями. При движении в обжиговом канале вплоть до выхода из печи изделия последовательно проходят все зоны тепловой обработки по установленному температурному режиму.

В щелевых печах керамические изделия движутся в обжиговом канале по роликовому или сетчатому конвейеру в один ряд по высоте, что позволяет резко сократить время обжига и уменьшить расход топлива на единицу обожженной продукции. Скоростной обжиг позволяет легко изменять время нахождения изделий в печи в зависимости от их формы и размеров, а также температуру обжига. Однако при этом требуется более энергоемкое оборудование для подготовки компонентов глиномасс  и введение плавней [6].

Конвейерные линии для производства керамических плиток представляют собой комплекс различных механизмов и тепловых агрегатов, объединенных системой транспортных устройств, выполняющих все необходимые технологические операции: прессование плиток, их зачистку, перегруппировку, сушку, глазурование, зачистку после глазурования и обжиг. Эти операции осуществляются в процессе транспортирования плиток по конвейеру. Конвейерные линии полностью механизированы. Главная особенность всех линий — расположение плиток в один ряд по высоте и несколько рядов по ширине на роликовом (сетчатом) конвейере, что позволяет осуществить скоростные режимы сушки и обжига при равномерном по плоскости и равноин-тенсивном двухстороннем обогреве каждой плитки.

В зависимости от вида плиток применяются различные типы конвейерно-поточных линий. Для плиток внутренней облицовки рекомендуется линия двукратного обжига (сушка — утельный обжиг — глазурование — политой обжиг), для других видов плиток — линия однократного обжига (сушка— глазурование— сушка— обжиг). Длина конвейерно-поточной линии может составить от 80 до 160 м.

 

2. Полиамидные волокна и нити, их виды, способы получения,
основные свойства, применение

 

К синтетическим относятся волокна из полимерных материалов, полученных синтезом простых веществ (этилена, бензола,фенола, пропилена) в результате реакции полимеризации или поликонденсации [3].

Полиамидные волокна (капрон, анид, энант) получены из капролактама, гексометилендиамина, адипиновой кислоты и полиэнантоамида. Технологический процесс производства полиамидных волокон различных видов существенных различий не имеет. Он включает три основных этапа: синтез полимера; формование волокна; вытягивание и последующая обработка волокна. В процессе формования свежесформованное синтетическое волокно сильно вытягивается (в 2—20 раз) с целью повышения его механических свойств. После предварительной вытяжки волокна подвергают холодному вытягиванию.

О полиамидных волокнах из ароматич. полиамидов, т. н. арамидных волокнах, обладающих высокой термо- и химической. стойкостью и в ряде случаев очень хорошими механическими свойствами [5].

Полиамидные волокна из алициклических полиамидов (или полиамидов, содержащих в цепи алициклические  звенья) по механическим свойствам, прежде всего по модулю деформации растяжения, несколько превосходят найлон-6 и найлон-6,6. Однако из-за экономических факторов (стоимость сырья) производство их не получило широкого развития [например, выпускается волокно киана в США, формуемое из полимера, синтезируемого поликонденсацией бис-(n-аминоциклогексил)метана и додекан-дикарбоновой или азелаиновой кислоты] [5].

Получение.Технологический процесс получения полиамидных волокон включает следующие основные стадии: синтез полимера, формование и вытяжка, текстильная обработка волокна. Разделение это условно, т.к. современная технология, предполагает совмещение отдельных стадий вплоть до полностью непрерывного процесса. См. также Формование химических волокон.

Полимер синтезируют обычно на том же предприятии, на котором производят волокно. В получаемом поли-e-капроамиде содержится до 10% низкомолекулярное соединение (в основном мономер и его низшие олигомеры). Присутствие их в полимере затрудняет последующее формование волокна и отрицательно сказывается на его свойствах. Поэтому для удаления низкомолекулярного соединения полимер подвергают тн  демономеризации - вакуумированию расплава или водной обработке полимерного гранулята, который затем (содержание воды 7-10%) сушат в токе нагретого азота, предварительно очищенного от кислорода (содержание O₂ не должно превышать 0,0003%). Количество остаточной влаги зависит от условий формования волокна и молекулярной массы полимера. Содержание низкомолекулярного соединения в готовом полимере, как правило, не превышает 1-2%, влажность составляет 0,05-0,1%.

Полигексаметиленадипинамид нет необходимости подвергать демономеризации благодаря необратимому характеру поликонденсации при его синтезе. Расплав пригоден для непосредственной переработки в волокно, а полимерный гранулят предварительно сушится.

Для получения волокнообразующих полиамидов применяют высокоавтоматизированные непрерывные технологические процессы. При этом в производстве найлона-6 используют технологические схемы как с получением гранулята, так и непрерывные, включающие непосредственную передачу получаемого расплава полимера на формование волокна, в производстве найлона-6,6-чаще непрерывные схемы.

В производстве полиамидных волокон важное значение имеет качество исходного полимера: 1) линейность молекулярной структуры; 2) однородность его физико-химических свойств; 3) отсутствие механических включений и гель-частиц. Это достигается оптимизацией процессов тепло- и массообмена в реакторах, ликвидацией в них застойных зон и максимальным сокращением времени синтеза, фильтрацией расплава полимера перед формовочной машиной. Обычно для производства волокон используют линейные алифатические. полиамиды молекулярной массой. (18-35)· 10³.

Алифатические полиамидные волокна обычно формуют из расплавов. В случае использования гранулята полимер расплавляют в экструдерах при 260-300⁰C в атмосфере инертного газа; расплав фильтруют и дозирующими насосами подают в фильерный комплект, где он еще раз фильтруется и продавливается через отверстия фильер. При формовании волокон непосредственно из расплава последний к дозирующим насосам подают с помощью шнековых или шестеренчатых насосов. Один прядильный блок может состоять из 1-16 фильер.

Существенное влияние на свойства волокон оказывает форма (профиль) отверстия фильеры. Если отверстие не круглое (звездочка с различным колличеством лучей, восьмиугольник), то получают профилированные волокна и нити, имеющие иные оптические и в ряде случаев механические свойства. Известны также бикомпонентные полиамидные волокна типа «бок о бок» или «ядро – оболочка», формуемые, например, из полиамида и полиэфира, а чаще из двух полиамидов, различающихся молекулярными массами или др. физико-химическими свойствами. В этом случае используют, фильеры с двумя отверстиями, в которые подаются два разных вида расплавов. Выходя из фильеры, струйки жидкого полимера охлаждаются холодным воздухом в специальных прядильных шахтах (формование по сухому способу). С целью регулирования вязкости струи и формирования необходимой структуры полимера в волокне в некоторых случаях в прядильную шахту непосредственно под фильеру подают перегретый водяной пар или нагретый инертный газ. При охлаждении струек расплава происходит начальная ориентация макромолекул и структурообразование. Вследствие разности скоростей вытекания расплава из отверстия фильеры и приемки нити на первый прядильный диск происходит фильерная вытяжка в 30-60 раз. После выхода из шахты на сформованную нить наносится заданное кол-во влаги и ПАВ для придания необходимых фрикционных свойств, компактности и предотвращения электризации.

Затем сформованная нить со скоростью 8-100 м/с поступает на намоточное устройство. С увеличением скорости намотки и, следовательно, с повышением напряжения в нити возрастает степень ее ориентац. вытягивания при формовании (Ориентированное состояние полимеров). В зависимости от принятой схемы технологического процесса и оборудования используют различные скорости намотки, которые определяют свойства получаемой нити и дальнейшую технологию ее текстильной обработки.

При скоростях намотки 8-33 м/с (классическая схема) получают неориентированную или слабоориентированную нить, которую для придания необходимых текстильных свойств подвергают ориентированному вытягиванию в 3-5 раз на крутильно - или намоточно-вытяжных машинах. T. обр. получают как текстильные, так и технические нити. При скоростях 33-85 м/с получают частично ориентированную, или предориентированную, нить, которую можно использовать как текстильный материал или подвергать дополнительному вытягиванию и дальнейшим текстильным обработкам. При скоростях 85-100м/с получают полностью ориентированную нить (готовый текстильный материал). Относительные удлинения нитей, полученных в трех указанных интервалах скоростей намотки, составляют 300-500%, 50-80% и 30-40% соответственно. Два последних способа относятся к высокоскоростному формованию, применяемому, для получения текстильных нитей.

Во всех случаях формуемая нить транспортируется с помощью двух прядильных дисков и наматывается на цилиндрический патрон. Намоточные устройства как по классической схеме, так и по способам высокоскоростного формования рассчитаны на одновременную приемку 2-16 нитей.

При получении технических нитей используется также способ совмещенного формования и вытягивания. Приемное устройство в этом случае включает кроме намоточного механизма еще 3-4 пары вытяжных дисков, за счет разницы скоростей вращения которых происходит вытягивание нити в 4-6 раз. Относительное удлинение получаемой нити 25-30%, скорость намотки 40-55 м/с.

Способы совмещенного и высокоскоростного формований по сравнению с классическим имеют лучшие технико-экономические показатели, обеспечивают более высокую равномерность свойств нити и пригодны для роботизации.

Неориентированные и слабоориентированные нити текстильного ассортимента (линейная плотность 1,5-29 текс) подвергают ориентац. вытягиванию, в одну стадию. Нити технического назначения, формуемые из более высоко - молекулярных полиамидов (линейная плотность 93-210 текс), вытягивают в 4,5-5,5 раза в две стадии: для снижения напряжения в нити и достижения высокой равномерности основную часть вытягивания (75%) проводят при нагревании нити до 150-190 ^оС (горячая вытяжка) [3].

После ориентации вытягивания в зависимости от назначения технические нити сразу перематывают на товарную паковку (бобина, шпуля) или подвергают предварительно кручению, а нити для шинного корда - кручению и трощению (соединению нескольких нитей в одну). Текстильные нити перематывают на товарную паковку, подвергают кручению (200-1200 кручений на 1 м), трощению, текстурированию, термофиксации и (или) шлихтованию (обработке эмульсиями или растворами различных веществ с целью слабого склеивания элементарных нитей). Термофиксацию с целью снижения в 3-4 раза тепловой усадки нитей осуществляют чаще всего горячим воздухом или водяным паром и в редких случаях горячей водой (90⁰C). Вместо экономически невыгодной операции кручения можно использовать пневмосоединение (воздействие на нити сжатого воздуха с образованием местного перепутывания отдельных элементарных нитей). Частично ориентированные текстильные нити подвергают ориентац. вытягиванию, как правило, только при текстури-ровании.

Крашение полиамидных волокон обычно осуществляют в массе(краситель вводят в расплав полимера перед формованием волокна), или в готовых изделиях дисперсными красителями и их водорастворимыми производными, кислотными красителями и органическими пигментами.

Виды выпускаемых полиамидных волокон мононити, комплексные нити с числом элементарных нитей 3-400, для текстильной переработки и техн. целей, текстурированые. нити, нити для ковров и мебельных тканей (текстурированые. комплексные нити, линейная плотность 80-400 текс), штапельное волокно, нетканые материалы.

Свойства. Физико - химические свойства полиамидных волокон зависят от химической природы и молекулярной массы исходного полиамида, структурных особенностей волокна. С повышением молекулярной массы полиамида улучшаются прочность, модуль деформации при растяжении, уста-лостные характеристики, физоко - механические показатели волокон.

Полиамидные волокна характеризуются высокой прочностью при растяжении, устойчивостью к знакопеременным деформациям, высоким сопротивлением к ударным нагрузкам и истиранию. Недостатки полиамидных волокон из алифатических. полиамидов - сравнительно низкая гигроскопичность, что является причиной их высокой электризуемости, относительно низкий модуль деформации при растяжении и низкие тепло -, термо - и светостойкость. Для повышения устойчивости полиамидных волокон к окислению при термических и фотохимических воздействиях в исходный полимер можно вводить различные антиоксиданты (ароматические амины и фенолы, бензимидазолы, органические и неорганические соли переходных металлов, комплексные соединения, содержащие Cu). Область рабочих температур для волокон из алифатических полиамидов составляет 80-150⁰C.

Полиамидные волокна растворяются в феноле, крезолах, ксилоле, трихлорэтане, хлороформе, бензиловом спирте, нитробензоле, ДМСО, ди-метилацетамиде, ДМФА (особенно в сочетании с LiCl), в некоторых фторпроизводных спиртов и карбоновых кислот. Не растворяются в алифатических спиртах, ацетоне, CCl₄, три-хлорэтилене, углеводородах, простых и сложных эфирах. полиамидные волокна неустойчивы в концентрированных кислотах, особенно минеральных. Щелочи умеренных концентраций не оказывают заметного воздействия на полиамидные волокна, однако с повышением температуры и концентрации деструктирующее воздействие щелочей возрастает. Концентрация раствора NaOH, вызывающего существ, деструкцию волокна, составляет 10-12%. Прочность волокон мало снижается после пребывания в 10-20%-ных растворах Na₂CO₃ и в растворах аммиака любой концентрации при комнатной температуре [3].

По сравнению с волокнами из поли-e-капроамида и поли-гексаметиленадипинамида волокна из поли-w-ундеканамида (найлон-11) и полидодеканамида (найлон-12), вследствие наличия в их макромолекулах длинных углеводородных участков между амидными группами, менее гидрофильны, обладают меньшей адгезией к резине и более высокой хим. стойкостью. Эти волокна имеют приятный гриф (мягкие на ощупь). Волокно из поли-a-пирролидонамида (найлон-4) отличается повышенным сродством к красителям и более высокой гигроскопичностью. Полиамидные волокна из поли-b-пропиоамида (найлон-3) вследствие большого числа амидных связей характеризуются высокой гигроскопичностью, меньшим относит. удлинением, более высокими температурой плавления и теплостойкостью, устойчивостью к термоокислительной и фотодеструкции. Эти волокна близки по свойствам к натуральному шелку. Волокно из полигексаметиленсебацинамида (найлон-6,10) эластичнее, чем из полигексаметиленадипинамида, и приближается по этому показателю к шерсти. Напротив, волокно из политетраметиленадипинамида (най-лон-4,6) характеризуется большим (на 25%) модулем деформации растяжения, чем найлон-6,6, и высокой устойчивостью к истиранию. В ряду волокон от найлона-3 до найлона-12 снижаются модуль деформации растяжения и гидрофильность (приблизительно с 10 до 1%), повышаются химическая стойкость и эластичность.

При введении в макромолекулы алифатических полиамидов ароматических или алициклических фрагментов в случаях изоморфного замещения повышаются модуль деформации растяжения и термостойкость волокон.

Полиамидные волокна имеют высокую прочность и самую большую из текстильных волокон устойчивость к истиранию по сгибам, обладают малой сминаемостью и усадкой, устойчивостью к действию микроорганизмов.

Применен ие. Полиамидные волокна широко применяют для производства товаров народного потребления, в чулочно-носочных изделий, трикотажа, тканей для верх, одежды. В технике полиамидные волокна используют для изготовления шинного корда, РТИ, рыболовных сетей, тралов, канатов, веревок, фильтровальных материалов для пищевой промышленности, щетины (для моечных и хлопкоуборочных машин). Окрашенные в массе текстурированные нити (линейная плотность 60-330 текс) используют для изготовления ковровых изделий.

123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: