Технология получения полиэтилена

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Волжский институт строительства и технологий

Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета

Курсовая работа

Тема: « Технология производства полиэтилена»

Волжский 2012



Введение

В 1884 г. Г.Г. Густавсон впервые получил жидкие низкомолекулярные полимеры этилена при каталитическом воздействии бромистого алюминия. В дальнейшем многие ученные работали над полимеризацией этилена, но полученные ими продукты так же имели низкий молекулярный вес (не выше 500) и представляли собой вязкие жидкости. В 1933- 1936 гг. Фоссет и Джибсон получили высокомолекулярные полимеры этилена при температуре около 200оС и давлении 1000 ат. В это же время не зависимо от английских исследователей, была проведена полимеризация этилена при высоком давлении советским ученным А.И. Динцессом с сотрудниками. В 1941 г. было организованно промышленное производство полиэтилена в Англии, в 1942 г. - в Германии и в 1943 г. в США. Применение полиэтилена сыграло немалую роль в противовоздушной обороне во второй мировой войне, так как исключительно высокие диэлектрические свойства полиэтилена в области высоких частот обеспечили четкую работу первых радарных установок.

Симметричное строение молекулы этилена CH2=CH2 и отсутствие в ней полярных групп определяют малую склонность этилена к полимеризации и долгое время считали, что этилен может полимеризоваться только при очень высоких давлениях, однако в 1954-1955 гг. были разработаны процессы полимеризации этилена при низком и среднем давлении.

Полиэтилен представляет собой полимер линейного молекулярного строения (рисунке 1, а). На рисунке 1, б показана модель молекулы полиэтилена (большие шарики - атомы углерода, малые - водорода).



Рисунок 1. Строение молекул полиэтилена.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Промышленные методы синтеза обычно приводят к получению полиэтилена, линейные молекулы которого имеют боковые ответвления, как это изображено на рисунке 1,в.

По внешнему виду полиэтилен представляет собой твердый, слегка просвечивающий, белый материал, жирный на ощупь, легко режущийся ножом. Удельный вес его меньше единицы, т.е. плавает в воде. Механические свойства и его теплостойкость не высокие, но химическая и морозостойкости, а так же диэлектрический показатель высокие.



Область применения

Исключительные свойства полиэтилена определяли его широкое применение для изготовления высокочастотной кабельной изоляции, для радиолокаторов, радио- и телевизионных, телеграфных и телефонных деталей. Благодаря водонепроницаемости и негигроскопичности полиэтилен применяется для производства пленок, используемых для упаковки и для изготовления пищевой и фармацевтической тары. Полиэтиленовые мешочки применяются, например, как тара для мяса, свежей и соленой рыбы, яичного меланжа и других пищевых продуктов.

В сельском хозяйстве полиэтиленовая пленка применяется для остекления парников что сохраняет влагу в почве и препятствует росту сорняков. Методом сварки из полиэтиленовой пленки изготавливают шары и аэростаты. В большом количестве из полиэтилена изготавливают трубопроводы для холодной и нагретой до 50о С воды. Такие трубы легко прокладывать, так как они могут разматываться с катушки, они коррозионно-устойчивы и обладают малой теплопроводностью.

Полиэтилен легко поддается разнообразным видам механической обработки - его можно сверлить, пилить, строгать и т.д. Детали из полиэтилена могут соединяться сваркой.

Благодаря высоким антикоррозионным свойствам полиэтилен является ценным материалом для химической аппаратуры, работающей при н высоких температурах. Такие покрытия обычно наносят методом вихревого или пламенного напыления. При вихревом напылении под действием продуваемого воздуха в аппарате создается вихревое движение полиэтиленового порошка. В этот поток помещается деталь и получается равномерное плотное покрытие.

Для пламенного напыления применяется пистолет-пульверизатор, построенный на таком же принципе, как и аппараты для металлизации. Полиэтиленовый порошок распыляется сжатым воздухом через пламя.

Исходное сырье и материалы.

В настоящее время промышленное производство полиэтилена осуществляется тремя методами:

1) полимеризацией этилена при давлении 120-- 250 МПа в присутствии небольших количеств кислорода в качестве катализатора:

2) полимеризацией этилена при низком давлении (0,05---0,6 МПа) с использованием комплексных металлоорганпче-ских катализаторов;

3) полимеризацией этилена при среднем давлении (3,5--7 МПа) в углеводородных растворителях с окненомс-таллпческими катализаторами. Этот метод, как не получивший у нас широкого распространения, рассматриваться не будет.

Сырье

Сырьем для производства полиэтилена служит этилен--С2Н4.-- бесцветный газ, представляющий простейший непредельный углеводород класса олефинов.

Этот метод прост, но требует большого количества ценного химического сырья -- этилового спирта, поэтому в настоящее время для получения полиэтилена используют нефтяные и попутные газы. В связи с этим все новые промышленные установки для производства полиэтилена проектируют и строят на основе использования этилена нефтяных и попутных газов.

Нефтяные газы образуются в процессе крекинга при 400-- -450°С и пиролиза нефти при 700°С и содержат кроме этилена водород, метай, этан, пропан, пропилен, бутан, изобутплен и т. д. Попутные газы, выделяющиеся при добыче нефти и содержащие в основном парафиновые углеводороды: метан, этан, пропан, бутан и т. д., подвергаются высокотемпературному крекингу, в результате чего превращаются в этилен с достаточно высоким выходом.

.

Рисунок 2. Технологическая схема процесса производства полиэтилена в трубчатом реакторе: 1 - бустерный компрессор, 2 - ресивер, 3 - компрессор первого каскада, 4 - смеситель, 5 - компрессор второго каскада, 6 - буферные емкости, 7 - подогреватель,8 - холодильник, 9 - экструдер-гранулятор, 10 - отделитель конденсата, 11 - центрифуга, 12 - вибросито, 13 - трубчатый реактор, 14 - отделитель высокого давления, 15 - отделитель низкого давления

Получение полиэтилена при высоком давлении

Механизм полимеризации. Полимеризация этилена при высоком давлении представляет собой цепной процесс, протекающий по свободно радикальному механизму. Для уменьшения энергии активации используют инициаторы: в основном кислород, а также перекиси, некоторые нитрильные соединения и т. д. Процесс полимеризации протекает в три стадии: инициирование, рост цепи и обрыв цепи.

Инициирование процесса заключается в образовании свободных радикалов за счет распада инициатора при нагревании. Образовавшийся радикал взаимодействует с молекулой этилена. Благодаря действию температуры и присоединившегося свободного радикала молекула этилена набирает необходимую энергию активации, в результате чего она становится способной присоединять новые молекулы этилена, передавая им энергию активации и начиная, таким образом, рост цепи полимера.

За счет передачи цепи могут образоваться молекулы полимера с боковыми ответвлениями, которые могут быть длинно- и коротко-цепными.

По этой схеме образуются цепи полимера с ответвлением в середине молекулы. Длина боковой цепи может достигать длины основной цепи.

За счет внутримолекулярной передачи цепи образуются корот-коцепные ответвления в виде приближенного шестичленового кольца

Технология получения. Полимеризация этилена под высоким давлением может осуществляться двумя способами: полимеризацией в массе и полимеризацией с растворителем или в суспензии.

Способ полимеризации в массе нашел более широкое распространение и заключается в следующем. Этилен, поступающий на полимеризацию, представляет собой смесь нового свежего и возвратного газа. Для очистки от механических примесей его пропускают через фильтр, содержащий тканевый фильтрующий слой, уложенный на решетку. В этилен из баллона вводят инициатор -- кислород, количество которого зависит от условий реакции полимеризации. Каждому значению температуры полимеризации и давления в системе соответствует определенное количество кислорода в этилене, при котором наблюдается максимальный выход полимера

Количество вводимого кислорода должно строго контролироваться, так как в случае более высокой концентрации кислорода этилен разлагается со взрывом на углерод, водород и метан. Так, при 200 МПа п 165°С разложение происходит уже при 0,075% кислорода.

Перемешивание этилена с кислородом происходит в процессе транспортировки газа, его фильтрации и сжатия. Сжатие этилена до давления полимеризации происходит в две стадии в цехе компрессии. Первое сжатие до 30--35 МПа производится вертикальным четырехступенчатым компрессором. После каждой ступени сжатия этилен подвергается охлаждению в водяном холодильнике. Сжатый этилен тщательно очищается от примеси масла, идущего на смазку компрессора, в смазкоотделителе и в емкости и, проходя через фильтр, поступает в компрессор высокого давления. Для сжатия этилена до давления 150 МПа применяют одно- или многоступенчатые компрессоры.

Трубки верхней части реактора диаметром 10 мм имеют рубашки, по которым циркулирует вода, нагретая до температуры 200оС

В них производится нагрев этилена до температуры 200 - 260оС для возбуждения полимеризации. Реакция полимеризации протекает и основном в трубках диаметром 16 мм.

Смесь полиэтилена с этиленом выходит через нижнюю головку аппарата и после дросселирования до 30--40 МПа поступает в сепаратор. Этилен отводится в систему очистки, полиэтилен с остатками этилена направляется в шнек-приемник, дросселируясь на пути до 0,2--0,3 МПа. В цилиндрической части шнек-приемника полиэтилен забирается вертикальным червяком и выводится в боковой штуцер внизу цилиндра, а проникающий в приемник этилен отводится через верхний штуцер верхнего корпуса этого аппарата.

Полимеризация этилена под высоким давлением с растворителем или в суспензии получила меньшее распространение. Реакция протекает в трубчатом реакторе из нержавеющей стали примерно при 200°С и 100 МПа в присутствии ароматического углеводорода (бензола) и около 0,002% кислорода или в эмульсин. Степень конверсии-- около 17% за один цикл.

Характеристические свойства полиэтилена (молекулярная масса, молекулярновесовое распределение, разветвлениость), получаемого методами высокого давления, можно изменять в известных пределах изменением условий его получения. Переменными величинами являются давление этилена, концентрация катализатора, температура и время пребывания в реакторе. Влияние этих величин на свойства полимера и выход его за один рабочий цикл можно охарактеризовать несколькими упрощенными положениями:

1) более высокое давление приводит к повышению молекулярной массы, уменьшению разветвленности и повышению степени превращения;

2) более высокая концентрация инициатора обусловливает уменьшение молекулярной массы, повышение содержания кислорода в полимере и повышение превращения этилена;

3) более высокая температура приводит к уменьшению молекулярной массы, учащению разветвленности и повышению степени превращения;

4) более длительное время пребывания в реакторе повышает молекулярную массу и степень превращения.

Методом высокого давления получают полиэтилен низкой плотности (ГОСТ 16337--77Е). Этот вид полиэтилена, получаемый в трубчатых реакторах или в реакторах с перемешивающим устройством с применением инициаторов радикального типа, выпускают в чистом виде (базовые марки) или в виде композиций с красителями, стабилизаторами и другими добавками.

Предназначается он для изготовления технических изделий, а также изделий широкого потребления, которые вырабатываются различными методами -- экструзией, литьем, прессованием и пр. Для изделий кабельной промышленности полиэтилен не применяют.

Плотность этого полиэтилена всех марок и сортов -- 913-- 929 кг/м3 с допуском ±0,6 кг/м3. Предел прочности при растяжении-- 12--16 МПа, при изгибе--12--17 МПа, модуль упругости при изгибе--150--200 МПа, твердость по Брииеллю -- 14-- 25 МПа.

Получение полиэтилена методом высокого давления пожаро- и взрывоопасно. Наибольшую опасность представляют сжатие этилена и его полимеризация в трубчатых реакторах.

Получение полиэтилена при низком давлении

Сырьем для получения полиэтилена методом низкого давления служит очищенный этилен и смешанный металлоорганический катализатор-- триэтилалюминий и четыреххлорнстый титан. Вместо триэтилалюминия могут применяться также диэтилалюминийхло-рид, этилалюминийдихлорид или триизобутилалюмииий.

Триэтилалюминий получают в две стадии.

Технология получения. Технологический процесс получения полиэтилена с использованием триэтилалюмния и четыреххлористого титана в качестве катализаторов может быть как периодическим, так и непрерывным. В настоящее время применяют несколько технологических схем, отличающихся различными конструкциями и объемами реакторов, способами отмывки катализатора от полиэтилена и т. д. Наиболее распространенный способ состоит из трех последовательных непрерывных операций: полимеризации этилена, отмывки его от катализатора и сушки.

Технологическая схема полимеризации этилена Из цеха катализаторов в мерники подаются 5%-ные растворы триэтилалюмния (или диэтилалгомийхлорида) и четыреххлористого титана. Отмеренные количества катализаторов самотеком поступают в емкость, где они перемешиваются и разбавляются бензином и циклогексапом до 0,2%-ной концентрации. Емкость имеет водяную рубашку для нагрева раствора до 50°С. Сформированный катализаторный комплекс насосом закачивается в реактор и поддерживается в нем на постоянном уровне. Реактор представляет автоклав колонного типа емкостью около 10м3. Этилен подается в нижнюю часть реактора по трубам 20. Поступая в реактор через систему эрлифта, этилен обеспечивает перемешивание реакционной массы, отводит тепло полимеризации и частично полимеризуется в полиэтилен. Полимеризация производится при T=50--60°С, и эта температура поддерживается изменением количества и температуры подаваемого этилена.

Процесс полимеризации этилена при низком давлении сопровождается загрязнением полученного полимера остатками катализатора, которые ухудшают химические свойства полимера и изменяют его цвет до коричневого. Поэтому возникает необходимость удаления катализатора из полимера, что достигается разложением катализатора с последующим растворением полученных продуктов и отфильтровыванием их от полиэтилена.

Технологический процесс разложения и отмывки катализатора

Суспензия, непрерывно циркулирующая по кольцу, отбирается в центрифугу, где отделяется жидкая часть (фугат) от полиэтилена. Фугат из центрифуги самотеком поступает в сборник, из которого насосом перекачивается в отделение отстаивания, нейтрализации и очистки. Отжатый полиэтилен, содержащий 30--40% растворителя и катализаторный комплекс, выгружается шнеком в сборник, где нагревается до 50°С. В сборник подается метиловый спирт и перемешивается в течение 1 ч до разложения комплекса катализатора в растворимые продукты. Полученная суспензия насосом подается во вторую центрифугу, где кроме отжима предусматривается промывка полиэтилена метанолом. Фугат (отработанный метанол) самотеком поступает в сборник, из которого насосом транспортируется на регенерацию.

Отжатый полиэтилен, содержащий 30--40% метанола и неотмытые продукты разложения катализаторов, выгружается из центрифуги в сборник. Туда же подается метиловый спирт, и при тщательном перемешивании в течение 1 ч при температуре около 50°С происходит отмывка полиэтилена от продуктов разложения катализаторов. Полученная суспензия насосом подается в третью центрифугу, в которой осуществляется промывка осадка метанолом и отжатие. Метанол из центрифуги самотеком поступает в сборники. Отжатый полиэтилен с остаточным содержанием метанола 30--40% подается в шнек и транспортируется попеременно в один из двух бункеров-смесителей с планерным шнеком. В бункере к полиэтилену поступает ряд добавок, улучшающих его качество: стабилизатор, нитрофосфат натрия и этилеигликоль (для осветления), воск (для повышения блеска) и т. д.

Разработаны и другие способы промывки и отжима полиэтилена: например, вместо центрифуг применяют непрерывно действующие гидроциклоны, соединенные последовательно с малогабаритными промывателями. Но они еще не нашли широкого распространения.

Влажный полиэтилен из бункера через секторный питатель пневмотранспортом транспортируется в цех сушки с помощью тока азота. Технологическая схема цеха сушки

Влажный полимер подается в бункер с планерным шнеком, а затем в сушилку через дозатор. Сушка осуществляется последовательно в камерах сушилки. Поступающий в сушилку полиэтилен с помощью пневморазбрасывателя равномерно распределяется на поверхности кипящего слоя камеры и высушивается до содержания метанола 5%. Кипящий слой создается за счет подачи под решетку азота с температурой 100°С. Частично высушенный полимер поступает в нижнюю камеру, где высушивается окончательно (до содержания метанола не более 0,15%) за счет нагретого до 70°С азота, подаваемого под решетку.

Азот, насыщенный парами метанола, воды и полиэтиленовой пылью (до 10 r/м3), поступает на очистку последовательно в два батарейных циклона. Уловленная пыль через питатели возвращается в нижнюю камеру сушилки. Азот газодувкой подается на тонкую очистку в фильтры, проходит холодильник где при 30°С часть паров метанола конденсируется, далее через калориферы снова поступает в сушильную камеру. Конденсат метанола отделяется от азота в смесителе и направляется на регенерацию. Высушенный порошок полиэтилена через дозатор выгружается в бункера, откуда дозатором через эжектор подается в пневматическую линию и далее на грануляцию. Сюда же подается полиэтиленовая пыль из фильтров 9 через дозаторы 10, полученные при очистке азота.

Свойства полиэтилена, получаемого методом низкого давления, можно изменять в известных пределах условиями его получения. Особенно большое значение имеет соотношение между триэтилалюмннием и четыреххлористым титаном. Молекулярная масса получаемого полиэтилена при этом составляет 75 000--350 000. При молярном соотношении 2: 1 образуется полимер с молекулярной массой 10 000 000, а при соотношении 1:2--* около 30 000. При замене триэтнлалюмшшя (частично или полностью) хлордиэтилалюминием получают полимеры с молекулярной массой менее 75 000.

Полимеризация этилена при низком давлении значительно проще в аппаратурном оформлении и дает более высокую конверсию, чем при высоком давлении, но имеет следующие недостатки:

· необходимость применения большого количества растворителей и их регенерации;

· применение легко взрывающегося катализатора и необходимость его синтеза;

· необходимость отмывки катализатора и меньшая чистота полимера.

Методом низкого давления получают полиэтилен высокой плотности (ГОСТ 16338--77). Его выпускают в чистом виде (базовые марки), а также в виде композиций с добавками полимерными и неполимернымн (в том числе с красителями и стабилизаторами). Базовые марки полиэтилена имеют вид порошка, а композиции на их основе -- порошка или гранул одинаковой геометрической формы, с размером в любом направлении 2--5 мм. Применяют его там же, где и полиэтилен низкой плотности. Плотность всех сортов этого полиэтилена (высшего, 1-го и 2-го) должна быть 951--952 кг/м3 с допуском ±3 кг/м3.

Качественные показатели

Полиэтилен должен выпускаться в виде гранул одинаковой геометрической формы в пределах одной партии, размер их в любом направлении должен быть 2-5 мм. Для базовых марок и композиций полиэтилена допускаются гранулы размером свыше 5 до 8 мм, массовая доля которых не должна превышать 0,25 %, и гранулы размером свыше 1 до 2 мм, массовая доля которых не должна превышать 0,5 %, а для полиэтилена, предназначенного для изготовления пленок специального назначения, - 0,25 %. Для полиэтилена 2-го сорта допускаются серые и окисленные гранулы, массовая доля которых не должна превышать ОД %. В окрашенном и неокрашенном полиэтилене не допускаются гранулы другого цвета, кроме полиэтилена 2-го сорта, в котором массовая доля гранул другого цвета не должна превышать 0,04%.

Цвет окрашенного полиэтилена должен соответствовать образцу цвета, утвержденному в установленном порядке.

Показатели базовых марок и композиций с добавками рецептур 01-04, 06-10, 12, 14, 79, 93-100 и композиций с добавками для окраски должны соответствовать требованиям, указанны в ГОСТ - 16337-77.

Оценку качества проводят по:

1. Плотности

2. Показателю текучести расплава

3. Количеству включений

4. Стойкости к растрескиванию

5. Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 106 Гц, не более

6. Диэлектрическая проницаемость при частоте 106 Гц, не более

7. Электрическая проницаемость (при толщине образца 1 мм) при переменном напряжении частоты 50 Гц, кВ/мм, не менее.

Оценка показателя текучести

Аппаратура

Для определения показателя текучести расплава термопластов применяется экструзионный пластомер (черт.1), измерительный узел которого состоит из экструзионной камеры, поршня, капилляра и дополнительного груза.

Поверхности прибора, контактирующие с испытуемым материалом, должны быть отполированы и должны иметь параметры шероховатости 0,160 мкм по ГОСТ 2789-73.

Экструзионная камера изготовлена из твердой стали. Высота камеры должна быть 115-180 мм.

Внутренний диаметр канала экструзионной камеры должны быть от 9,500 до 10,000 мм по всей высоте экструзионной камеры с допускаемым отклонением не более +0,036 мм. Экструзионная камера окружена нагревателем, обеспечивающим ее нагрев до 673 К (400 °С). Основание камеры должно иметь теплоизоляцию, выполненную так, чтобы площадь открытой поверхности основания камеры не превышала 4 см.

Чертеж 1

Терморегулирующее устройство должно обеспечивать автоматическое поддержание температуры с точностью до ±0,5 К (±0,5 °С).

Контрольный термодатчик (ртутный термометр или термопару) помещают в боковой канал вблизи от экструзионной камеры так, чтобы его конец находился на расстоянии 15 мм от основания камеры.

Допускается наклонное расположение бокового канала относительно вертикальной оси экструзионной камеры.

Температуру измеряют с погрешностью не более 0,1 К (0,1 °С).

Пространство между термометром и стенкой экструзионной камеры заполняют теплопроводящим веществом.

Стальной поршень 2 хромирован и должен быть длиной с направляющей головкой не менее длины экструзионной камеры.

Направляющая головка 3 должна быть длиной (6,35±0,10) мм, диаметром 9,480мм. Нижняя кромка направляющей головки должна быть с радиусом закругления 0,2-0,4 мм. Острая верхняя кромка головки должна быть сглажена.

Диаметр штока поршня должен быть 9 мм. В верхней части штока поршня должна быть втулка для укладки дополнительного груза, термически изолированная от штока поршня. На штоке поршня имеются четыре кольцевые метки (см. черт.2).

Для обеспечения хорошей работы прибора экструзионная камера и поршень должны быть изготовлены из стали различной твердости. Экструзионную камеру рекомендуется изготовлять из более твердой стали. Поршень может быть полым или литым. При испытаниях с меньшими нагрузками применяют полый поршень, так как в противном случае может оказаться невозможным получить заданную нагрузку. Если испытания проводятся при повышенных нагрузках, применять полый поршень не рекомендуется, так как высокие нагрузки могут вызвать его деформацию.



Чертеж 2

Капилляр 4 из закаленной стали должен быть длиной (8,000±0,025) мм, с внутренним диаметром капилляра (2,095±0,005) мм или (1,180±0,005) мм.

Наружный диаметр должен позволять свободную установку его в экструзионной камере. Внутренний диаметр капилляра выбирают в соответствии со стандартами или техническими условиями на каждый вид материала. Капилляр не должен выступать из экструзионной камеры. Камера должна иметь приспособление, удерживающее капилляр и позволяющее легко вынимать его для чистки прибора после каждого испытания.

Масса добавочного груза вместе с собственной массой поршня должны создавать требуемую нагрузку на испытуемый материал с допускаемым отклонением ±0,5% от нагрузки в соответствии с приложением 1. Нагрузку () в Н (кгс) вычисляют по формуле



;

где - коэффициент, зависящий от диаметра капилляра и от выбранной нагрузки, определяют по обязательному приложению 1;

- диаметр направляющей головки поршня, мм;Размещено на http://www.allbest.ru/

- диаметр капилляра, мм.

Подготовка к испытанию

Для испытания применяют образцы в виде гранул, порошка, лент, пленки или другой формы, обеспечивающей его введение в отверстие экструзионной камеры. Порошкообразные материалы предварительно прессуют в таблетки, в соответствии со стандартами или техническими условиями на материалы, во избежание образования пузырьков воздуха в экструдируемых отрезках.

Образцы для испытаний кондиционируют при условиях, указанных в стандартах и технических условиях на материал с учетом требований ГОСТ 12423-66.

За температуру испытания принимают температуру термопласта в экструзионной камере на расстоянии 10 мм от верхней поверхности капилляра. Контроль температуры в процессе испытания осуществляется с помощью контрольного термодатчика, показания которого отличаются от температуры испытания.

Перед измерениями производят проверку температуры, показываемой контрольным термодатчиком прибора.

Для этого во внутрь экструзионной камеры вводят второй термодатчик. Этот термодатчик погружают в термопласт таким образом, чтобы его конец находился на расстоянии 10 мм от верхней поверхности капилляра. Убедившись, что температура испытания достигла заданного уровня, в показания температуры контрольного термодатчика вносят поправку алгебраическим добавлением разницы в показаниях обоих термодатчиков.

Условия испытания должны быть указаны в стандартах или технических условиях на материал. Если таких указаний нет, то применяют условия, указанные в приложении 2

Проведение испытания

Прибор устанавливают по уровню, нагревают без образца до соответствующей температуры испытаний и выдерживают его при этой температуре в течение не менее 15 мин.

В капилляр вставляют плотно входящую медную развертку для предотвращения вытекания материала во время прогрева, вынимают поршень, загружают в экструзионную камеру образец материала массой от 4 до 8 г, в зависимости от предполагаемого значения показателя текучести расплава, указанного в табл.1, и вручную уплотняют его.

Чтобы исключить попадание воздуха в испытуемый материал, время загрузки его не должно превышать 1 мин.

В камеру вставляют поршень и помещают на втулку добавочный груз. После выдержки под давлением в течение времени, указанного в соответствующих стандартах и технических условиях на испытуемый материал, вынимают из капилляра развертку и дают полимеру течь. Время предварительного прогрева материала не должно быть менее 4 мин.

При низких скоростях течения материала допускается продавливание поршня вручную до тех пор, пока нижняя кольцевая метка штока поршня не будет выше на 5-10 мм верхней кромки экструзионной камеры. Время от момента освобождения капилляра до начала измерений не должно превышать 1 мин.

Как только нижняя кольцевая метка штока поршня опустится до верхней кромки экструзионной камеры, весь экструдированный материал срезают и в расчет его не принимают. Измерение показателя текучести расплава производят до тех пор, пока верхняя метка на поршне не опустится до верхней кромки экструзионной камеры. Когда показатель текучести расплава меньше, чем 3 г/10 мин, измерения производят в положении, когда верхняя кромка камеры находится между двумя средними метками.

Для измерения показателя текучести расплава отбирают отрезки экструдированного материала, последовательно отсекаемые через определенные интервалы времени, соответствующие указанным в табл.1

Таблица 1

Показатель текучести расплава, г/10 мин	Масса образца, г	Интервалы времени между двумя отсечениями экструдируемого материала, с
До 0,5	От 4 до 5	240
От 0,5 до 1,0	4 -5	120
Св. 1,0 - 3,5	4 - 5	60
3,5 - 10,0	6-8	30
10,0 - 25,0	6 - 8	От 10 до 15
25,0	6 - 8	5 -15

Длина отдельных отрезков может быть 10-20 мм.
После охлаждения полученные отрезки взвешивают каждый в отдельности с погрешностью не более 0,001 г. Число их должно быть не менее трех. Масса отрезка определяется как среднее арифметическое результатов взвешивания всех отрезков.

После окончания измерений освобождают капилляр и удаляют из прибора остатки полимера.

После каждого испытания экструзионную камеру следует прочищать в горячем состоянии ветошью до зеркального блеска.

Поршень вынимают и чистят в горячем состоянии тканью, смоченной в растворителе.

Капилляр прочищают плотно входящим медным стержнем и при необходимости погружают в кипящий растворитель. Допускается пиролитическая очистка в среде инертного газа при 823 К (550 °С).

При удалении остатков полимера или очистке какой-либо детали прибора запрещается применять абразивные или другие подобные им материалы.

Обработка результатов

Показатель текучести расплава термопласто в в г/10 мин вычисляют с точностью до двух значащих цифр по формуле

;

где - температура испытания, К (°С);

- нагрузка, Н (кгс);

- стандартное время (по приложению 1), с;

- средняя масса экструдируемых отрезков, г;

- интервал времени между двумя последовательными отсечениями отрезков, с.

За результат испытания принимают среднее арифметическое двух определений на трех отрезках материала, допускаемые расхождения по массе между которыми не должны превышать 5%.



Вывод

полиэтилен давление катализатор текучесть

Полиэтилен -- самый дешевый неполярный синтетический полимер из класса полиолефинов, представляющий из себя твердое белое вещество с сероватым оттенком.

Производством полиэтилена занимаются практически все крупнейшие компании нефтехимической промышленности. Основным сырьем для него является этилен. Синтезируют полиэтилен при низком, среднем и высоком давлениях. В основном полиэтилен выпускают в гранулах диаметром от 2 до 5 мм, намного реже в виде порошка.

Существует четыре основных способа производства полиэтилена, с помощью которых получают:

· полиэтилен высокого давления (ПВД)

· полиэтилен низкого давления (ПНД)

· полиэтилен среднего давления (ПСД)

· линейный полиэтилен высокого давления (ЛПВД)

Производство полиэтилена высокого давления.

В промышленности ПВД получают при высоком давлении путем полимеризации этилена в автоклаве или в трубчатом реакторе. Процесс в реакторе происходит по радикальному механизму под действием кислорода, органических пероксидов (лаурил, бензоил) или их смесей. Смешанный с инициатором, нагретый до семисот градусов и сжатый компрессором до двадцати пяти мегапаскаль, этилен сначала поступает в первую часть реактора, где разогревается до тысяча восемьсот градусов, а потом во вторую - для полимеризации при температуре от 190 до 300 градусов и давлении от 130 до 250 мегапаскалей. В среднем этилен находится в реакторе от 70 до 100 секунд. Степень превращения до двадцати процентов, все зависит от типа и количества инициатора. Из полученного полиэтилена удаляют не прореагировавший этилен, затем его охлаждают и гранулируют. Гранулы подсушивают и упаковывают. Товарный ПВД выпускают в виде неокрашенных и окрашенных гранул.

Производство полиэтилена низкого давления.

ПНД получают в промышленности с помощью низкого давлении. Для этого используют три основных технологии:

· Полимеризация происходит в суспензии

· Полимеризация происходит в растворе

· Газофазная полимеризация

Самый распространенный способ -- это полимеризация в растворе.

Полимеризация в растворе проводится при температуре от 160 до 2500 градусов и давлении от 3,4 до 5,3 мегапаскалей, контакт с катализатором происходит в течении 10-15 минут. Выделяется полиэтилен из раствора с помощью удаления растворителя: сначала в испарителе, потом в сепараторе и затем в вакуумной камере гранулятора. Гранулированный полиэтилен пропаривается водяным паром (температура, превышающая температуру плавления полиэтилена). Товарный ПНД выпускают в виде неокрашенных и окрашенных гранул и иногда в порошке.

Производство полиэтилена среднего давления.

ПСД получают в промышленности при среднем давлении путем полимеризации этилена в растворе. Полиэтилен СД образуется при:

· температуре - 150 градусов

· давление до 4 мегапаскалей

· наличие катализатора (Циглера--Натта)

ПСД из раствора выпадает в виде хлопьев.

Полиэтилен, полученный таким образом, имеет:

1. средневесовой молекулярный вес до 400 000

2. степень кристалличности до 90 процентов



Литература

1. Е.А.Брацихин «Технология пластических масс» ГОСХИМИЗДАТ 1963г

2. Б.А.Архангельский «Пластические массы» СУДПРОМГИЗ 1961г

3. Н.Ш.Пик «Прессовочные литьевые и поделочные пластические массы» 1964 г

4. http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-52/3.htm

5. ГОСТ - 16337-77

6. http://www.camelotplast.ru/info/proizvodstvo-polietilena.php

Размещено на Allbest.ru