Производство полипропилена. Свойства и применение

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра строительных материалов

Пояснительная записка

к курсовому проекту по дисциплине «Органические вяжущие вещества»

на тему:

«Производство полипропилена. Свойства и применение»

Липецк

Содержание:

1.     Введение…………………………………………………………………….3

2.     Характеристика выпускаемой продукции, основные принципы ее производства………………………………………………………………..4

3.     Характеристика района строительства……………………………..…...18

4.     Характеристика сырьевых материалов……………………………..…...20

5.     Выбор и обоснование технологии производства…………………….....22

6.     Определение режима работы предприятия……………………………..24

7.     Расчет складов сырья……………………………………………………..25

8.     Проектирование поточной линии производства …………………….....26

9.     Разработка схемы генерального плана……………………………..……27

    10. Организация контроля производства и качества готовой

          продукции………………............................................................................28

     11. Мероприятия по технике безопасности, охране труда и

            защите окружающей среды…………………………………………......31

     12. Анализ решений, принятых в проекте………………………………….34

     13. Библиографический список………………………………………......…36

1. Введение

Полимерами называют высокомолекулярные вещества, молекулы которых состоят из многократно повторяющихся элементарных звеньев одинаковой структуры. Эти элементарные звенья соединены между собой ковалентными связями в длинные цепи различного строения или же образуют жесткие и пластичные пространственные решетки.

Полимеры разнообразны по своему составу, методам получения и свойствам. Производство полимеров является одной из крупных подотраслей нефтехимической промышленности. Основные задачи подотрасли связаны с производством широкой гаммы продуктов органического синтеза: полиэтилена, полипропилена, полистирола, поливинилхлорида и т.п. Производством данной продукции занимаются нефтеперерабатывающие заводы, а также специализированные заводы органического синтеза в составе НПЗ.

Важность отрасли для российской экономики подтверждается расширением использования полимерных материалов и изделий из пластика в промышленности и производстве товаров народного потребления. Наиболее емкими областями применения полимерных материалов являются машиностроение, строительство, легкая промышленность, производство упаковочных материалов.

По оценкам специалистов темпы роста мирового спроса на пластмассы и полимеры в течение ближайших 10 лет значительно ускорятся, в связи с чем объем выпуска полимеров в мире к 2010 г. достигнет 260 млн т, тогда как в 2000 г. было произведено 170 млн т. То есть темпы роста спроса на полимеры составят примерно 5,5% в год.

В 1990-1994 гг. объемы производства полимеров в России значительно снизились, что было обусловлено общим кризисным состоянием российской экономики: падением платежеспособного спроса со стороны потребителей при одновременном росте цен на сырье, электроэнергию, транспорт. Ситуация осложнялась необходимостью обновления ассортимента выпускаемой продукции и улучшения ее качества, из-за чего конкурентоспособность полимеров российского производства на мировом рынке была невысокой.

В середине 90-х годов ситуация в отрасли начала изменяться к лучшему. Постепенное возрождение экономики способствовало росту спроса на полимерные материалы, у предприятий отрасли появились заказы, что способствовало увеличению загрузки производственных мощностей. Многие предприятия вышли со своей продукцией на российский и мировой рынок. Рост объемов продаж позволил нефтехимическим предприятиям провести модернизацию производства, что позволило значительно улучшить качество выпускаемой продукции и расширить ее ассортимент. По итогам 2001 г. рост объемов выпуска синтетических смол и пластмасс в России составил 5,7%, а объемы производства полистирола и ПВХ-смолы превысили самые оптимистичные прогнозы специалистов. Так, согласно положениям "Стратегии развития химической и нефтехимической промышленности на период до 2005 г.", в случае интенсивного развития производства объем выпуска полистирола в 2005 г. должен был составить 100 тыс. т, однако уже в 2001 г. он достиг 105 тыс. т; объем производства ПВХ-смолы вырос в 2001 г. до 487 тыс. т, тогда как, по прогнозу, он должен был достигнуть 430 тыс. т в 2005 г.[1]

2. Характеристика выпускаемой продукции, основные принципы ее технологии.

Взаимосвязь структуры и свойств.

Полипропилен обладает ценным сочетанием свойств, изу­чение которых привлекает внимание многих исследователей, рабо­тающих как в области теории макромолекулярной химии и физи­ки, так и в области переработки и применения полимерных мате­риалов.

Решающее влияние на свойства полипропилена и изделий из него оказывает молекулярная и надмолекулярная структура поли­мерной цепи.

Полипропилен характеризуется более сложной молекулярной структурой, чем большинство производимых промышленностью по­лимеров, так как, помимо химического состава мономера, среднего молекулярного веса и молекулярно весового распределения, на его структуру оказывает влияние пространственное расположение бо­ковых групп по отношению к главной цепи. В техническом отно­шении наиболее важен и перспективен изотактический полипропи­лен. В зависимости от типа и соотношения присутствующих стереоизомеров свойства полипропилена изменяются в широком диапазоне.[2]

Рис. 1. Полипропиленовые цепочки разных структур: а – изотактической; б – стереоблочной; в – атактической; г – синдиотактической.

В зависимости от условий про­ведения процесса полимеризации пропилена получают полимеры с различной молекулярной струк­турой, которая и определяет их физико-механические свойства. Структуры полипропилена разли­чаются пространственным распо­ложением метильных групп по от­ношению к главной цепи полиме­ра. Различают следующие струк­туры полипропилена (рис. 1):

1. Изотактическая структу­ра — вес группы СН3 находятся по одну сторону от плоской цепи. В действительности макромолекулы изотактического полипро­пилена имеют третичную симметрию, так как группы СН3 вдоль главной углеродной цепи располагаются по спирали.

2. Синдиотактическая структура — группы СН3 располагаются строго последовательно по разные стороны от плоскости цепи. Изотактическая и синдиотактическая молекулярные структуры могут характеризоваться разной степенью совершенства простран­ственной регулярности.

3. Атактическая структура - с неупорядоченным расположени­ем метильных групп

4. Промежуточное положение между атактической и изотакти­ческой структурами занимают стереоблокполимеры, в макромоле­кулах которых регулярно чередуются различные по длине изотактические и атактические участки.

Стереоизомеры полипропилена существенно различаются по ме­ханическим, физическим и химическим свойствам. Атактический полипропилен представляет собой каучукоподобный материал с высокой текучестью, температурой плавления — около 80°С, плот­ностью— 850 кг/м3, хорошей растворимостью в диэтиловом эфире. Изотактический полипропилен по своим свойствам выгодно отли­чается от атактического, а именно: он обладает высоким модулем упругости, большей плотностью — 910 кг/м3, высокой температурой плавления — 165—170°С и лучшей стойкостью к действию химиче­ских реагентов. Стереоблокполимер полипропилена при исследо­вании с помощью рентгеновых лучей обнаруживает определенную кристалличность, которая не может быть такой же полной, как у чисто изотактических фракций, поскольку атактические участки вызывают нарушение в кристаллической решетке. [4]

Молекулярный вес. Разные свойства полимера зависят от ве­личины молекулярного веса в различной степени. Так, при меха­нических нагрузках, связанных с малыми деформациями или ма­лыми скоростями деформации, с изменением молекулярного веса (и то лишь у полимеров с низким молекулярным весом) такие свойства полимера, как предел текучести, модуль упругости или твердость, изменяются незначительно. Механические же свойства полимера, связанные с большими деформациями, с изменением мо­лекулярного веса изменяются гораздо сильнее. Например, показа­тели предела прочности при растяжении, относительное удлинение при разрыве, ударная вязкость при изгибе и растяжении с умень­шением молекулярного веса снижаются.

Наибольшее влияние величина молекулярного веса оказывает на вязкость растворов и расплавов полипропилена, так как под действием растворителей или в результате теплового движения цепей происходит настолько значительное уменьшение интенсив­ности межмолекулярного взаимодействия, что каждая макромоле­кула может представлять собой более или менее самостоятельную кинетическую единицу.

Механические свойства.

При оценке практической пригодности полипропилена для той или иной цели первостепенное значение приобретают его ме­ханические свойства. Очевидно, что полимер с низким модулем упругости, т. е. с малой жесткостью, нельзя рекомендовать для изготовления технических деталей, подвергающихся большим ме­ханическим нагрузкам, и, наоборот, полимер с большой жестко­стью оказывается непригодным там, где материал должен обла­дать свойством поглощать колебания с относительно высокой амплитудой.

Механические свойства полипропилена определяются его структурным составом. Атактическая фракция в чистом виде об­ладает свойствами аморфно-жидких полимеров, изотактическая — свойствами высококристаллических полимеров, а механические свойства стереоблокполимера занимают промежуточное положение. Промышленный полипропилен состоит в основном из макро­молекул изотактического строения, чем и обусловлены его высо­кие механические характеристики.

Диаграмма растяжения.

Важным показателем, характеризующим механические свой­ства полипропилена, является зависимость удлинения от напряже­ния которую определяют, подвергая испытуемый образец растя­жению на разрывной машине. При этом испытании под напряже­нием понимают усилие, действующее на единицу площади перво­начального сечения образца

Зависимость относительного удлинения от напряжения для стереоблочного полипропилена принципиально отличается от тако­вой для изотактического полимера. Для достижения значительной деформации в данном случае достаточно небольшого напряжения, величина которого нарастает плавно (без скачков) вплоть до раз­рыва испытуемого образца. После снятия напряжения основная часть деформации быстро исчезает. Подобное поведение типично для каучукоподобных полимеров.

Наконец атактический полипропилен обнаруживает сильную пластическую (т. е. необратимую) деформацию при незначитель­ном напряжении, величина которого почти не изменяется до раз­рушения образца.

Поведение полипропилена обычных марок при испытании на растяжение определяется содержанием кристаллического полимера. С увеличением содержания неизотактических фракций начальный модуль упругости и предел текучести снижаются , относительное удлинение при разрыве, как правило, возрастает, а предел прочности при растяжении несколько падает.

С изменением величины молекулярного веса несколько изме­няется форма кривой «напряжение—относительное удлинение» для полимеров с одинаковой степенью изотактичности. Предел те­кучести с уменьшением молекулярного веса повышается, а относи­тельное удлинение при разрыве снижается, что связано с повыше­нием степени кристалличности.[3]

Диэлектрические свойства.

Полипропилен, подобно большинству синтетических полиме­ров, является прекрасным диэлектриком. Благодаря ничтожному водопоглощению его электроизоляционные свойства практически не изменяются даже после длительной выдержки в воде .

Поведение полипропилена как диэлектрика в переменном электрическом поле во многом сходно с поведением полимера при воздействии на него динамической механической нагрузки. Инду­цированные диполи звеньев цепей ориентируются по мгновенному направлению поля, в большей или меньшей степени отставая при этом от возбуждающей силы. Диэлектрическая проницпемость полипропилена почти не за­висит от частоты поля и температуры.

Различие между значениями диэлектрической проницаемости изотактического ( =2,28) и атактического ( =2,16) полимеров не настолько велико, чтобы по этому показателю можно было, на­пример, оценивать содержание атактических фракций в полипро­пилене.

Поверхностные свойства.

Поверхность полипропи­леновых изделий отличает­ся относительно  хорошей износостойкостью, близкой к износостойкости иолиамидов. Стой­кость к истиранию повы­шается с увеличением моле­кулярного веса и почти не зависит от стереоизомерного состава полипропилена .

Антифрикционные свой­ства при контакте полипро­пилена со сталью близки к аналогичным свойствам найлона в су­хом состоянии. При применении смазки коэффициент трения полипропилена снижается в меньшей степени, чем в случае най­лона .

Неполярный характер полипропилена обусловливает плохую адгезию клеев к его поверхности. Поэтому в настоящее время нет надежных методов склеивания полипропиленовых деталей между собой и с другими материалами.