Физико-химические основы процесса переработки

Переходя к физико-химическим основам переработки полимеров, остановимся на таких понятиях, как кристаллическое и аморфное состояние полимеров, деформация и реология полимеров, термомеханические кривые и точки перехода, деструкция и стабилизация.

Деформация полимеров. Деформацией называется изменение формы тела, или взаимного расположения его частиц, под действием внешних сил. Деформация может быть упругой, пластической и высокоэластичной. Деформация называется упругой, если она исчезает по удалении вызвавшей ее нагрузки. Пластической, или остаточной, называется деформация, которая не исчезает после снятия нагрузки. Высокоэластичной называется большая деформация, появляющаяся у тела при незначительном внешнем усилии и исчезающая после прекращения внешней нагрузки.

У многих материалов упругая и пластическая деформации сопутствуют друг другу. Упругим называется тело, которое не обнаруживает заметных пластических деформаций, пока нагрузка не превысит некоторого предела. В кристаллах упругая деформация меняет величину межатомных расстояний. Важнейшими видами деформации являются: растяжение, сжатие, изгиб, кручение.

Основной закон деформации - закон Гука, который гласит, что при малых деформациях величина деформации пропорциональна величине силы, вызывающей ее. Этот закон устанавливает пропорциональность между величиной деформации материала (например, величиной растяжения проволоки) и величиной, вызывающей деформацию усилия (например, груза). Закон Гука верен только для малых деформаций.

По оси X отложены величины деформации под воздействием внешнего усилия, а по оси Y - величина усилия. Кристаллические тела, например металл, обладают упругой деформацией. Упругая деформация имеет незначительную величину (около 1%), так как образец может разрушаться при очень небольшой деформации по межкристаллическим границам. После снятия напряжения упругая деформация исчезает и тело принимает начальную форму. Точка А обозначает предел упругости, за которым для металла вскоре наступает разрушение, для пластического же материала-значительная необратимая пластическая деформация, совершенно непропорциональная действующему усилию (отрезок AB имеет значительное протяжение).

У высокоэластичных тел, например у резины, также имеется упругая деформация, но она характеризуется незначительным усилием для достижения точки А и большой обратимой деформацией. Такие упругие тела, как резина, называются высокоэластичными.

Для пластической деформации характерно сохранение деформации и после снятия внешнего усилия. Это объясняется изменением взаимного расположения частиц вещества под внешним воздействием.

Высокополимеры в зависимости от температуры могут быть в трех состояниях: стеклообразном, высокоэластичном и пластическом; эта зависимость лучше всего прослеживается на термомеханической кривой.

При низкой температуре материал находится в стеклообразном состоянии. Выше температуры стеклования вещество находится в высокоэластичном состоянии, которое характеризуется резким увеличением деформации. На кривой этому состоянию соответствует участок Б. При дальнейшем нагреве материал переходит в пластическое или вязко-текучее, состояние (участок В). Переход полимера из одного состояния в другое совершается постепенно и характеризуется некоторым интервалом температур.

Для высокополимеров наиболее характерно высокоэластичное состояние, так как твердое, или стеклообразное, и текучее состояния свойственны низкомолекулярным материалам. Есть полимеры, которые и при комнатной температуре находятся в текучем состоянии. Они необратимо меняют свою форму при малых внешних воздействиях, напоминая жидкости. Примером являются феноло-формальдегидные смолы в начальной стадии отверждения. Обычным жидкостям свойственно текучее состояние. У полимеров этому состоянию соответствует значительная вязкость, или вязко-текучее состояние.

Деструкция и стабилизация. Со временем ухудшаются такие свойства полимеров, как механическая прочность и эластичность, повышаются хрупкость и жесткость. Эти явления, называемые старением, вызываются деструкцией, т. е. разрывом химических связей с укорачиванием цепей макромолекул, что вызывает ухудшение физико-химических свойств.

Деструкция может вызываться механическими (вальцевание, измельчение), термическими (нагрев, охлаждение) и химическими (окисление, гидролиз и др.) воздействиями. Деструкцию могут вызвать и природные условия: солнечная радиация, кислород воздуха, грибковые микроорганизмы и зарастание плесенью.

Для замедления процесса старения в полимеры вводят стабилизаторы - вещества, уменьшающие вредное влияние на материал света, кислорода, тепла и других факторов.

Реология. В таких видах переработки, как прессование, литье под давлением, экструзия, вальцевание, каландрирование, полимеры находятся в состоянии движущихся расплавов. При движении (течении) расплавы подвергаются деформации под действием внешних сил. Изучением законов течения или деформации расплавов полимеров при этих условиях занимается наука реология, являющаяся частью физики. Реология расплавов имеет важное значение для технологии переработки пластмасс, так как расплавы используются во многих процессах.

 

 

Схема гомогенного периодического способа производства ацетата целлюлозы.

 

 

Технологическая схема гомогенного периодического способа производства диацетата целлюлозы

 

 

Технологическая схема гомогенного периодического способа производства диацетата целлюлозы.

 

 

 

Технологическая схема гомогенного способа производства этилцеллюлозы

 

 

Технологическая схема гомогенного способа производства

этнлцеллюлозы.

 

 

Технологическая схема гетерогенного периодического способа производства триацетата целлюлозы.

 

 

Технологическая схема гетерогенного периодического способа производства триацетата целлюлозы