Курсовая работа
по дисциплине «Теория и технология композиционных материалов на полимерной матрице»
Тема: «Технология производства КМ на основе ПЭТ(полиэтилентерефталата)»
Работу выполнил:
ст. группы
Работу проверил(а):
Содержание
Введение 3
1. Область применения 4
1.1 Основные отрасли – потребители ПЭТФ 6
1.2 Волокна ПЭТ 7
1.3 ПЭТ бутылки 8
1.4 ПЭТ пленки 8
2. Исходное сырье и материалы 10
2.1 Получение нанокомпозитов на основе ПЭТ 12
2.2 Закономерности твердофазной поликонденсации ПЭТ 15
2.3Вторичная переработка ПЭТ 18
2.4 Строение полиэтилентерефталата 19
3. Описание технологических операций с составлением схемы техпроцесса и указанием технологических параметров, оборудования, химизма протекающих реакций. 19
3.1 Характеристики ПЭТ 21
4. Качественные показатели готовой продукции. 24
Выводы 26
Список литературы 27
Введение
В настоящее время прогресс стремится всё больше к идеальным условиям разрабатываются материалы более дешевые, легкие, экологичные, технологичные и т.д. Одним из таких материалов является полиэтиле́нтерефтала́т (ПЭТФ, ПЭТ) — термопластик, наиболее распространённый представитель класса полиэфиров, известен под разными фирменными названиями (см. Названия). Продукт поликонденсации этиленгликоля с терефталевой кислотой (или её диметиловым эфиром); твёрдое, бесцветное, прозрачное вещество в аморфном состоянии и белое, непрозрачное в кристаллическом состоянии. Переходит в прозрачное состояние при нагреве до температуры стеклования и остаётся в нём при резком охлаждении и быстром проходе через т. н. «зону кристаллизации». Одним из важных параметров ПЭТ является «присущая вязкость» определяемая длиной молекулы полимера. С увеличением присущей вязкости скорость кристаллизации снижается. Прочен, износостоек, хороший диэлектрик.
Исследования по полиэтилентерефталату были начаты в 1935 г. в Великобритании Уинфилдом (англ.) (англ. John Rex Whinfield) и Диксоном (англ. James Tennant Dickson), в фирме Calico Printers Association Ltd. Заявки на патенты по синтезу волокнообразующего полиэтилентерефталата были поданы и зарегистрированы 29 июля 1941 года и 23 августа 1943 года. Опубликованы в 1946 году.
В СССР был впервые получен в Лаборатории высокомолекулярных соединений Академии наук СССР в 1949 году.
В данной работе проведу анализ и близкое описание этого материала по разным факторам.
1. Область применения.
Благодаря широкому спектру свойств, а также возможности управлять его кристалличностью, полиэтилентерефталат находит разнообразное применение и занимает пятое место в мире – 6,5% от объема потребления всех полимерных материалов.
Основными областями использования полиэтилентерефталата являются производство преформ, волокон и пленок. Конечными потребителями этой продукции выступают производство бутылочной тары и упаковки, текстильная и шинная промышленность, производство фото- и кинопленок, магнитных лент и дисков.
Следует отметить, что структура потребления ПЭТ в России коренным образом отличается от видовой структуры потребления в остальном мире, где наибольшая доля производимого ПЭТ (65%) перерабатывается в волокна и нити. Формирование российского рынка ПЭТ находится в основном под влиянием развития упаковочной отрасли, и крупнейшим сектором потребления ПЭТ (94,8%) является производство преформ для последующего выдува бутылок и других емкостей. Производство волокон и пленок из ПЭТ в России остается крайне неразвитым (4,1%).
Полиэтилентерефталат перерабатывается литьем под давлением, экструзией, раздувным формованием. Волокна и тонкие пленки из ПЭТ изготавливают экструзией с охлаждением при комнатной температуре. Степень кристалличности может быть отрегулирована отжигом при температуре между температурами стеклования и температурой плавления. Литьем под давлением на специальных комплексах для производства ПЭТ-преформ из полиэтилентерефталата производят преформы для ПЭТ-бутылок. Кроме того, из полиэтилентерефталата производят текстильные волокна, кордные нити, электрическую изоляцию, детали электротехнического назначения, ручки электрических и газовых плит, различные разъемы, детали кузовов автомобилей, двигателей, насосов, компрессоров, корпуса швейных машин, изделия медицинского назначения.
Отдельный сегмент современного рынка – рециклинг полиэтилентерефталата.
В России несколько компаний, используя недорогие линии для переработки ПЭТ, в том числе и российского производства, специализируются на покупке отходов и продаже вторичного полиэтилентерефталата. Отходы собираются, сортируются вручную или автоматически и поступают на участок дробления. Загрязненная ПЭТ-дробленка проходит несколько контуров мойки, зону отделения примесей, сушку и поступает в зону растарки. Полученные ПЭТ-хлопья (флексы) можно гранулировать или перерабатывать в негранулированном виде. Вторичный ПЭТ хорошего качества можно использовать без органичений, в том числе для упаковки продуктов. Многие производители ПЭТ-преформ с успехом используют вторсырье в своем производстве.
Кроме того, полиэтилентерефталат можно перерабатывать в активированный уголь, получаемый посредством пиролиза ПЭТ.
Материалы могут использоваться в различных отраслях промышленности:
- электротехника и электроника,
- машино - и автомобилестроение,
- точная механика,
- бытовые приборы.
Как высококачественные технические полимеры, стеклонаполненные полиэфирные материалы используются для технических деталей, к которым предъявляются высокие требования по нагрузкам. Благодаря хорошей текучести, их них легко изготавливаются методом литья под давлением, сложные и тонкостенные детали.
Эти термопластичные полиэфиры характеризуется следующими свойствами:
- высокая жесткость и твердость
- очень хорошая длительная прочность
- высокая теплостойкость, особенно армированных стекловолокном марок (эксплуатационная температура до 140° - 150° C)
- хорошие антифрикционные свойства и износостойкость
- высокая размерная точность деталей, малое влагопоглощение
- очень хорошие диэлектрические свойства
- высокая стойкость по отношению к химикатам и к воздействию атмосферных явлений
- стойкость к воспламенению (UL 94 V-0 при 0,8 мм)
Полиэфирный термопласт стоек к изменению первоначальной окраски при длительном воздействии высокой температуры, что позволяет с успехом применять его для изготовления деталей бытовой техники, подвергающихся нагреву. Температура длительного использования материала без изменения механических и диэлектрических свойств составляет 120° С, а для стеклонаполненного до 150° С. Материал допускает кратковременное воздействие высокой температуры до 210° С. Изготовленные из него изделия жесткие, прочные, с прекрасной поверхностью.
Образующиеся при переработке композиционных материалов твердые отходы (слитки расплава) нетоксичны, обезвреживания не требуют, подлежат измельчению на дробилках и повторной переработке в чистом или модифицированном виде.
Основные отрасли – потребители ПЭТФ
Сегодня ПЭТ используется для производства разнообразнейшей упаковки для продуктов и напитков, косметики и фармацевтических средств, ПЭТ материалы незаменимы при изготовлении аудио, видео и рентгеновских пленок, автомобильных шин, бутылок для напитков, пленок с высокими барьерными свойствами, волокон для тканей. Широкий ряд применений возможен благодаря исключительному балансу возможностей ПЭТ и тому, что в готовом изделии степень кристалличности и уровень ориентации можно контролировать.
Итак, физические свойства ПЭТФ делают его идеальным материалом для использования в следующих основных областях:
• изготовление упаковки (бутылки, коррексы, одноразовая посуда и т.д.)
• плёнок (торговое название «лавсан»)
• волокна (торговое название «полиэстер»)
• конструкционные элементы для строительства, композиционных материалов для машиностроительной промышленности и др
Волокна ПЭТ
Основной областью использования ПЭТФ в мире является изготовление полиэфирных волокон (лавсан или терилен) и нитей. Если в России на производство волокон уходит всего лишь 2% от совокупного потребления ПЭТФ – гранулята, то в мире – около 68%.
Широкое применение ПЭТФ началось в 60-е годы первоначально в производстве текстиля. С тех пор спрос неуклонно растет в первую очередь в развитых странах. На рынке ПЭТФ в большинстве регионов отмечается чрезвычайно быстрый рост спроса со стороны продуцентов полиэфирных волокон и нитей. В свою очередь из полиэфирных волокон и нитей ихготавливают полиэфирные (ПЭФ) ткани. Рост спроса на ПЭФ был вызван, в первую очередь, более низкой себестоимостью по сравнению с другими видами химических волокон и нитей. Вторым фактором популярности полиэфира стал широкий спектр применения в связи с прекрасными свойствами материала. По прочности и удлинению полиэфир не уступает полиамиду, а по светоустойчивости превосходит его, по формоустойчивости превосходит самое формоустойчивое из всех природных волокон — шерсть, имеет низкую гигроскопичность и высокую термостойкость, что является достоинством при производстве технических тканей. Различают: Текстильные волокна и нити.
1. Полиэфирные текстильные волокна - производство пряжи полиэфирной и смесовой, широко применяется в производстве хлолпковых, льняных, шерстяных тканей.
2. Полиэфирные текстильные нити - используются в производстве широкого ассортимента различных типов материалов: подкладочные, костюмные ткани и др.
Технические волокна и нити
Основные сферы применения технических волокон и нитей:
1. Армирование шлангов;
2. Армирование приводных ремней;
3. Производство упаковочной ленты;
4. Производство автомобильных подушек безопасности;
5. Производство напольных покрытий;
6. Армирование тентовых тканей;
7. Производство баннерных тканей и армирование баннерных ПВХ покрытий;
8. Производство кордных тканей;
9. Производство геотканей.
ПЭТ бутылки
ПЭТ бутылки Производство ПЭТ бутылок - одно из самых значительных направлений использования полиэтилентерефталата в России. Развитие технологии выдувки из преформ, стойкость к ударным нагрузкам, свобода в выборе дизайна и относительно низкая стоимость сделали ПЭТ упаковку самой популярной на рынке газированных напитков и минеральных вод, растительных масел. Кроме того ПЭТ тара получила широкое распространение в упаковке пива, майонеза, косметики, бытовой химии, технических жидкостей и др. пищевых и непищевых продуктов. Исходный материал для ПЭТ бутылок – ПЭТ преформы, из которых после предварительного разогрева растягиваются и выдуваются бутылки. Преформы производятся методом литья под давлением на специальных машинах - термопластавтоматах (ТПА). Цвет и прозрачность будущей бутылки закладывается при изготовлении преформы из гранул. Более 80% упаковочного ПЭТ производится в виде гранулята. Остальное приходится на пленки и заготовки, используемые для выпуска термоформованных упаковок для парфюмерных товаров, средств бытовой химии и лекарств.
ПЭТ пленки
К настоящему времени в мире сформировался достаточно емкий рынок ПЭТ-пленок, используемых, прежде всего, для упаковки.
Полиэстровые пленки делятся на:
• ОПЭТ пленку – тонкие пленки, ориентированные в одном направлении. Такие пленки предназначены для электроизоляции кабелей и изготовления пленочных кондиционеров. РЕТ пленки обладали для этого оптимальными свойствами – наибольшее сопротивление проколу при наименьшей толщине. Массовое же производство связано с производством фотопленок, аудио-, видеолент, которое стремительно отмирает вследствие перехода к цифровым технологиям воспроизведения.
• БОПЭТ пленку - двуосноориентированная пленка. Она несравнимо тоньше (до 4 мкм), гораздо сильнее уровень сопротивления к проколу. Они предназначенная для изготовления гибкой упаковки под майонез, кетчуп, снеки из рыбы и морепродуктов, сыпучие товары бытовой химии, кофе, молоко, специи, кондитерские изделия, пельмени и др.
• К настоящему времени БОПЭТ пленка практически полностью вытеснила ОРЕТ пленку
• ПЭТ-G пленку – пленка, предназначенная для изготовления термоусадочной этикетки. Кроме того, эти пленки применяются в полиграфии – для изготовления окошечек для конвертов и упаковки
• А-ПЭТ пленку – аморфная пленка, предназначенная для термоформованной упаковки. Преимуществами АПЭТ пленок являются высокий уровень ударопрочности и высокая морозостойкость. Первый фактор предопределил использование АПЭТ для изготовления коррексов для конфет. Второй фактор - широкое применение для упаковки мороженого, замороженных овощей и фруктов, полуфабрикатов и т. п.
В целом можно отметить, что полиэстровая пленка очень устойчива к высокой температуре, поэтому ее термосварка в автоматах невозможна. Пленка используется только в ламинатах. Она не имеет запаха и обладает высокой жиростойкостью. Одно из важнейших преимуществ - высокий барьер газопроницаемости. При очень малой толщине (12 мкм) показатели прочности на разрыв и прокол чрезвычайно высоки - 1500 кг/см2. Для сравнения - у полиэтилена низкой плотности (LDPE) этот показатель составляет всего 150 кг/см2.
Исходя из сфер применения, выделяют три основных марки ПЭТФ-гранулята:
• Волоконный ПЭТФ
• Бутылочный ПЭТФ
• Пленочный ПЭТФ