Описание технологического процесса

 

При получении магнитопластов методом полимеризационного наполнения предложена следующая схема производства.

Капролактам в виде кристаллов, размером 2 мм из емкости для хранения поз.1 поступает в смеситель поз.5. Туда же из бункера поз.2 подается фосфорная кислота. Компоненты поступают в смеситель с помощью весовых дозаторов. Смешение проводится в среде инертного газа – азота для предотвращения окисления смеси. Смеситель обогревается горячей водой, температура в смесителе 90°С. Капролактам расплавляется, смешивается с добавками и с помощью насоса поз.7 подается в следующий смеситель поз.6. Из герметичной емкости для хранения поз.4 в смеситель поз.6 с помощью весового дозатора подается феррит Ba. Смешение происходит также в инертной среде, при той же температуре. Затем подготовленная смесь поступает в автоклав поз.11, где происходит полимеризация капролактама на поверхности и в объеме наполнителя при температуре 250°С. После завершения процесса полимеризации из полученного материала формуется жилка, диаметром 2 мм, при продавливании через фильеру, которая проходит через ванну поз.17 с холодной умягченной водой. С помощью тянущих валков поз.15 и направляющих поз.14 жилка направляется на резательный станок поз.18.

Синтезированный ПКА – полимерная основа магнитопласта – содержит большое количество НМС. Поэтому полученный после резки гранулят поступает в промежуточный бункер поз.20, а затем – в промыватель-экстрактор поз.25 для удаления НМС. Экстракция проводится горячей водой (температура воды 80°С) не менее 4-5 раз. Остаточное содержание НМС составляет около 2%. Промывные воды далее после экстракции направляются насосом поз.10 на регенерацию: вначале на установку для улавливания феррита Ba поз.9, снабженную магнитом, а затем – на фильтр поз.8 для удаления несполимеризовавшегося капролактама. В качестве материала фильтра можно использовать композиционные ионообменные волокнистые массы. Затем насосом поз.12 чистая вода возвращается в цикл.

Отмытый гранулят транспортером поз.24 направляется в промежуточную емкость с дозатором поз.13, а затем – в барабанную сушилку поз.16 для удаления избыточной влаги, поглощенной на стадии экстракции. Сушка проводится при температуре 105°С с помощью горячего воздуха. После завершения сушки материал собирается в бункере для хранения с весовым дозатором поз.23.

Изготовление изделий из магнитопласта осуществляется методом литья под давлением при температуре пластикации до 300°С, удельном давлении литья 1400 кгс/см2 на термопластавтомате поз.19 с последующим намагничиванием на установке поз.21 с применением импульсных магнитных полей. На термопластавтомат материал также поступает с помощью транспортирующего устройства поз.22.

 

Основные параметры технологического процесса

Параметры полимеризации

· Соотношение компонентов:

Капролактам	20%
Вода	1% от М капролактама
Уксусная кислота	1% от М капролактама
Феррит бария	80%

 

· Температура полимеризации: Т = 250 ± 5°С

· Время полимеризации: t = 6 часов

 

Параметры изготовления изделий

· Температура литья:        Т = 230 ± 5°

· Давление литья:          Р = 140 МПа

Время выдержки под давлением:   t выд = 14 сек

Материальные расчеты

 

Материальный баланс получения магнитов из поликапроамида.

Для получения 1 кг изделия расходуется следующее количество компонентов:

· капролактам – 0,2185 кг,

· феррит бария – 0,8234 кг,

· уксусная кислота – 0,0021 кг,

· вода – 0,021 кг.

Общая масса – 1,0461 кг.

Найдем расход каждого из компонентов на одну тонну продукта с учетом потерь:

1. Расход капролактама:

1,0461 кг – 0,2185 кг

Х ₁ = 208,87 кг

1000 кг – Х ₁ кг

С учетом 4,95% потерь: 208,87*0,0495 = 10,34 кг.

2. Расход феррита бария:

1,0461 кг – 0,8234 кг

Х ₂ = 787,11 кг

1000 кг – Х ₂ кг

С учетом 1,7% потерь: 787,11*0,017 = 13,38 кг.

3. Расход уксусной кислоты:

1,0461 кг – 0,0021 кг

Х ₃ = 20,07 кг

1000 кг – Х ₃ кг

С учетом 0,85% потерь: 20,07*0,0085 = 0,17 кг.

4. Расход воды:

1,0461 кг – 0,021 кг

Х ₄ = 20,07 кг

1000 кг – Х ₄ кг

С учетом 0,85% потерь: 20,07*0,0085 = 0,17 кг

Составляем материальный баланс:

Приход на тонну продукта:	Расход на тонну продукта:
	Магнитопласт - 1000 кг
1. Капролактам – 208,87 кг	1. Потери капролактама – 10,34 кг
2. Феррит бария – 787,11 кг	2. Потери феррита бария – 13,38 кг
3. Уксусная кислота – 20,07 кг	3. Потери уксусной кислоты – 0,17 кг
4. Вода – 20,07 кг	4. Потери воды – 0,17 кг
Итого: 1036,12 кг	Итого: 1024,06 кг

Невязка = (приход - расход)/приход*100%

 = (1036,12 – 1024,06)/1036,12*100% = 1,16%

Заключение

Для уменьшения продолжительности процесса синтеза ПКА целесообразно использовать катионную полимеризацию, когда в качестве катализатора используется минеральная кислота. Получение композиционного материала с равномерным распределением наполнителя в полимерной матрице возможно методом полимеризационного наполнения. Этот фактор является особенно важным, так как обеспечивает воспроизводимость эксплуатационных свойств полимерных магнитов.

Проведен синтез ПКА с использованием в качестве катализатора воды и фосфорной кислоты. Исследованы основные характеристики ПКА.

Установлено, что использование в качестве полимеризации катализатора фосфорной кислоты позволяет снизить продолжительность процесса синтеза. При этом молекулярная масса синтезируемого ПКА равна 26734, что соответствует требованиям к полиамидам.

Проведена идентификация синтезированного ПКА методом ИКС. Установлено, что полученный полимер можно идентифицировать как полиамид-6.

Установлена возможность полимеризационного наполнения ПКА ферритом стронция.

Разработана технологическая схема получения магнитопластов полимеризационного наполнения методом литья под давлением. Сделаны основные материальные расчеты.

Рассмотрены безопасность и экологичность проекта, предусмогтрены меры по защите окружающей природной среды.