Трубы из органического стекла
Свойства и назначение. Органическое стекло (полиметилметакрилат), обладающее рядом ценных физико-механических свойств, применяют как сырье для изготовления труб.
Трубы из органического стекла не оказывают ни малейшего влияния на вкусовые качества транспортируемых по ним продуктов, вследствие чего они незаменимы в пищевой и медицинской отраслях промышленности.
Свою эластичность органическое стекло сохраняет даже при пониженных температурах; в этих условиях его прочность при изгибе и растяжении несколько возрастает, не вызывая хрупкости.
При разрушении органическое стекло не образует острых осколков, подобно силикатному стеклу; оно превосходит силикатное стекло по прочности при изгибе более чем в 7 раз.
Органическое стекло горит, но трудно воспламеняется. Его свойства сильно меняются с изменением температуры. Так, при нагревании до 60° и выше органическое стекло деформируется даже при небольших нагрузках, что является существенным его недостатком.
При температуре 120—150° органическое стекло хорошо формуется, поэтому получают изделия из него обычно методом формования. При нагревании выше 160° органическое стекло становится текучим; как на поверхности, так и внутри листа появляются пузыри и вздутия. Полное разрушение стекла наступает при температуре выше 300° с выделением основного продукта термического разложения — метилметакрилата.|
Совпадение температуры пластичности органического стекла с началом деструкции ограничивает методы его обработки; например, полностью исключается самый эффективный метод изготовления труб путем экструзии.
Для снижения температуры текучести органического стекла можно добавлять пластификаторы, но это ухудшает физико-механические свойства изделий, что недопустимо при производстве таких ответственных изделий, как трубы.
Конструкционное органическое стекло согласно ГОСТ 15809—70 выпускают толщиной от 0,8 до 5 мм в листах длиной от 500 до 975 мм и шириной 400—500 мм. Листы толщиной от 6 до 40 мм имеют длину 400—800 и ширину 300—550 мм. Отклонения по толщине от номиналов в листах толщиной до 10 мм допускаются в пределах ±0,4—1 %, а в листах толще 20 мм — до ±10%.
Основные физико-механические показатели органического стекла, применяемого при изготовлении труб, следующие: теплостойкость по Мартенсу 52—58°; водопоглощение за 24 ч не выше 0,3%; поглощение масла и бензина за 24 ч — 2%; предел прочности при растяжении при температуре —60° равен 1100, при температуре +20° — 700 и при температуре +60° — 400 кГ/см²; предел прочности при сжатии 900—1200, при изгибе — 1000—1200 кГ/см²; модуль упругости 28 000—30 000 кГ/см²; светопрозрачность 91%.
Производство труб из органического стекла. В промышленном производстве труб из органического стекла до сего времени имеется много нерешенных проблем. В силу специфических особенностей этого вида полимера исключено изготовление труб методом экструзии и литьем под давлением. Значительная усадка оргстекла при охлаждении осложняет получение труб и центробежным способом, который к тому же малопроизводителен и трудно поддается механизации.|
За рубежом применяется малопроизводительный метод изготовления колец для труб на токарных станках. Эти кольца затем склеивают торцами и полируют.
В последние годы внедряется метод производства труб из листового органического стекла, разработанный Научно-исследовательским институтом санитарной техники. Этот метод изготовления труб путем непрерывного свертывания заготовки (термопластов) с одновременной компрессионной сваркой шва, предложенный Д. Ф. Каганом, можно считать более эффективным, так как он лишен многих недостатков, присущих экструзии и методу литья под давлением.
Для формования труб из термопластов по этому методу последние нагревают до температуры высокоэластичных деформаций, придают заготовке требуемую форму и, не снимая деформирующей нагрузки, охлаждают ниже температуры стеклования. В результате труба сохраняет приданную ей форму.
Процесс производства труб можно разбить на следующие основные операции:
1) раскрой листов органического стекла на полосы необходимого размера;
2) разогревание листовой заготовки;
3) захват листовой заготовки специальным тянущим приспособлением;
4) формование трубы и сварка шва;
5) освобождение трубы от захвата и обрезка ее концов.|
На рис. 65 изображена схема этого процесса.
(рис. 65) Схема процесса производства труб из органического стекла: 1 — оформляющая раструбная труба; 2 — печь; 3 — захват; 4 — тяговое устройство; 5 — сварочная головка; 6 — камера предварительного охлаждения; 7 — камера интенсивного охлаждения; 8 — контактный термометр; 9 — заготовка из оргстекла; 10 — стойка; 11 — конус
Раскраивать листы органического стекла на полосы можно на станке любой подходящей конструкции циркулярной или ленточной пилой. При распиловке листов из-за плохой теплопроводности органического стекла режущий инструмент перегревается и зажимается вследствие расширения материала. Поэтому рекомендуется применять хорошо заточенный инструмент с незначительным разводом зубьев, с минимальной подачей на больших скоростях вращения. Целесообразно применять принудительное охлаждение.
Скорость резания циркулярной пилы диаметром диска от 180 до 300 мм при 3000 об/мин составляет примерно 30 м/сек. Скорость резания ленточной пилой несколько ниже, в пределах 15—22 м/сек. Кромки листа не должны иметь сколов, трещин и заусениц.
Для изготовления труб длиннее листов органического стекла предусмотрена прессовая сварка заготовок. На свариваемых концах обеих заготовок снимают фаски и специальным нагревательным прибором в течение 20—30 сек разогревают до температуры 300—350°, обеспечивающей сварку поверхностей. После этого заготовки в месте сварки стыкуют и зажимают в небольшой пресс, развивающий давление 35—45 кГ/см²; после быстрого охлаждения (5—10 сек) операция заканчивается. Прочность сварного шва не уступает прочности основного материала.|
Листовые заготовки подогревают в обычной камерной электропечи 2 (при толщине листа не более 3,5 мм), а при большей толщине заготовки — в воздушной печи с рециркуляцией воздуха. Здесь заготовки равномерно нагревают до 120—150° в зависимости от толщины листа.
Нагретую заготовку крепят специальным приспособлением (захватом) к тянущему устройству 4 для протягивания через формующую трубу 1. Основным узлом всего агрегата является формующая труба, диаметр которой и определяет внешний диаметр готовой трубы.
Для обеспечения равномерного и постепенного формования заготовки служит специальный раструб (конус), имеющий электрообогреватель для поддержания необходимой температуры. Этот раструб свертывает заготовку в трубу и обжимает ее для создания необходимого давления на сварной шов.
Швы труб сваривают специальной головкой 5, расположенной в самом начале формующей трубы, при этом оплавляют кромки листа и затем сжимают их в момент входа заготовки в цилиндрическую часть трубы. Для этой цели применяют сварочные головки двух видов: контактного действия (рис. 66) и струей горячего воздуха (рис. 67).
(рис. 66) Сварочная головка контактного действия
(рис. 67) Сварочная головка с действием струи горячего воздуха|
Головка контактного действия представляет собой диск из нержавеющей стали с внутренним электрообогревом. Диск имеет конфигурацию, обеспечивающую одновременный контакт с обеими оплавляемыми кромками. Контактные поверхности диска разогревают до температуры 350°, уровень которой регулируется реостатом. Воздушная сварочная головка имеет электрообогрев для нагревания проходящего воздуха до необходимой температуры. Сопло прибора 1 под давлением 0,5—0,8 ат образует узкую струю горячего воздуха, направленную в место стыкования кромок шва параллельно оси трубы.
Сущность процесса сварки сводится к следующему. При нагреве контактной головки или воздушной струи до 300—350° в зоне материала, прилегающего непосредственно к кромке, часть его деструктирует, превращаясь как бы в расплав полимера в мономере.
При сжатии кромок в формующей трубе развивается удельное давление на шов порядка 35—50 кГ/см², благодаря чему оплавленные зоны обеих кромок сливаются в одну общую зону, где и протекает процесс полимеризации. Глубина зоны расплава не превышает 0,5—1 мм вследствие малой теплопроводности оргстекла и кратковременности температурного воздействия.
При нормально проведенной сварке сварной шов по прочности не уступает основному материалу трубы: испытания на внутреннее давление показывают, что труба разрушается обычно не по шву.|
Внутренняя поверхность формующей трубы для облегчения протяжки изготовляемой трубы и придания ей ровной поверхности должна быть хорошо отполирована.
Для постепенного и равномерного охлаждения трубы во время протяжки имеются две зоны: первая — зона стабилизации, или камера предварительного охлаждения 6, и вторая — камера интенсивного охлаждения 7 (см. рис. 65).
Первая зона охлаждения предназначена для выравнивания температуры в сваренной и сформованной трубе в целях успешного завершения процесса полимеризации шва и равномерного распределения напряжения в материале по периметру трубы, для чего необходима постоянная температура. Для этого предусмотрено охлаждение зоны путем циркуляции холодной воды. Поскольку она нагревается вследствие теплоотдачи протягиваемой трубы, в зону подаются новые порции холодной воды через специальный клапан. Терморегулировка осуществляется автоматически путем непрерывного контроля температуры зоны термосигнализатором.
Длина кожуха камеры интенсивного охлаждения примерно в 3 раза больше, чем у камеры предварительного охлаждения. Охлаждающая камеру вода подается непрерывно против движения протягиваемой трубы, что создает постепенное и равномерное охлаждение движущейся трубы.
Необходимо подчеркнуть, что температурный режим во всех узлах агрегата нужно строго поддерживать на заданном уровне, поэтому печь, раструб и обе зоны охлаждения должны иметь автоматическую регулировку температуры каждого узла в отдельности.|
Вследствие нарушения температурного режима раструба и зоны стабилизации (при понижении температуры против нормы) на внешней поверхности трубы образуются складки, а нарушение температурного режима сварочных головок неизбежно снижает качество шва. С другой стороны, перегрев заготовки в печи ведет к чрезмерной осевой деформации, в результате чего на трубе получаются обильные микротрещины.
Протягивает заготовки через формующую трубу специальный тяговый механизм 4 (см. рис. 65), работающий от асинхронного электромотора через редуктор. Скорость протяжки устанавливают в зависимости от диаметра трубы и толщины ее стенок в пределах 0,4—1 м/мин.
Заключительной операцией является освобождение трубы от захвата и обрезка ее концов. Эту операцию выполняют после полного выхода готовой трубы из второй зоны охлаждения. Захватный конус, крепящийся на штанге при помощи пружинного замка, снимают вместе с трубой и заменяют его сменным конусом для повторения цикла протяжки. Оба конца трубы ровно обрезают циркулярной или ленточной пилой, и готовые трубы укладывают на стеллажи, гарантирующие их от ударов и неравномерной нагрузки.
5424 всего просмотров, 0 просмотров за сегодня
