Правила и особенности конструирования изделий из пластмассы

  Транспортирование глины из карьера на завод производится по-разному. Наиболее экономически выгодным и обеспечивающим бесперебойную подачу глины на завод считается рельсовый транспорт. Безрельсовый транспорт (ленточные транспортеры, автосамосвалы, тягачи, тракторы, воздушно-канатные дороги) используется на керамических заводах с учетом местных условий.

  В зависимости от свойств исходного сырья и вида изготовляемой продукции подготовку глиняной массы осуществляют полусухим, пластическим и шликерным (мокрым) способами.

  Формование изделий производится преимущественно на прессах: при первом способе подготовки глиняной массы – гидравлических или механических, при втором – на ленточных вакуумных или безвакуумных. Вакуумирование глины способствует повышению плотности изделий на 6 – 8 % (прочность увеличивается на 30 – 40 %) и снижению их водопоглощения. Сушка изделий – обязательная промежуточная стадия технологического процесса производства керамических изделий. Если сырые изделия сразу после формования подвергнуть обжигу, то они растрескаются. Сушка в естественных условиях производится на стеллажах в помещениях или под навесами вне их. Ускорение процесса сушки изделий достигается в сушилах периодического (камерных) и непрерывного (туннельных) действия. Обжиг изделий осуществляются в кольцевых или туннельных печах непрерывного действия. На новых заводах кольцевые печи не строят, так как им присущи существенные недостатки (значительный перепад температуры, высокая трудоемкость процесса, тяжелые условия труда). Туннельные печи экономичнее кольцевых в силу более высокого уровня механизации производства, а также лучшего использования тепловой энергии.

   В зависимости от свойств исходного сырья и вида изготовляемой продукции подготовку глиняной массы осуществляют полусухим, пластическим и шликерным (мокрым) способами.

  При полусухом способе сырьевые материалы после предварительного дробления на вальцах выдерживают в сушильном барабане (до остаточной влажности 6 – 8 %), затем измельчают в дезинтеграторе, просеивают, увлажняют (до влажности 8 – 12 %) и тщательно перемешивают. Полусухой способ подготовки глиняной массы используется в основном при производстве плиток для облицовки стен, полов и др.

  При пластическом способе подготовки глиняной массы исходное сырье дробят, тонко измельчают и увлажняют до получения однородной пластичной массы влажностью 18 – 22 %. Этот способ применяется при производстве глиняного кирпича, керамических камней, черепицы, труб.

  При шликерном способе подготовки глиняной массы высушенные сырьевые материалы измельчают в порошок и смешивают с водой до получения однородной массы шликера, который непосредственно используют для получения изделий способом литья (санитарно-технические изделия, декоративная керамика и др.) или после его сушки в распылительных башенных сушилках. Сущность технологии получения пресс-порошка в распылительных сушилках заключается в совмещении процессов обезвоживания, дробления и сепарации керамической массы. Обезвоживание ее в распылительных сушилках позволяет в 3,5 раза повысить производительность труда и в 1,5 раза сократить капитальные затраты на производство готовой продукции.

  Формование изделий осуществляется преимущественно на прессах: при полусухом способе подготовки глиняной массы – гидравлических или механических, при пластическом – на ленточных вакуумных или безвакуумных. Вакуумирование глины способствует повышению плотности изделий на 6 – 8 % (прочность увеличивается на 30 – 40 %) и снижению их водопоглощения. Основными способами производства керамических стеновых материалов являются пластические, применяемые для подготовки глиномассы и формования изделий. Вместе с тем на отдельных предприятиях, с учетом специфических особенностей сырья (высокой карьерной влажности, наличие известняковых и других каменистых включений, крайняя неоднородность глин по составу и т. п.) применяют сухой способ подготовки глиняной массы с последующим пластическим или полусухим прессованием изделий. Каждый из этих способов имеет свои преимущества и недостатки. Так, при полусухом прессовании изделий упрощается технологическая схема производства, в ряде случаев отпадает необходимость в строительстве отдельно стоящих сушильных агрегатов, облегчаются условия механизации ряда технологических процессов. Однако при этом необходимо использовать печи длиной до 230 м. Расход топлива повышается на 25 %, так как температура обжига изделий на 30 – 50 °С выше, чем при пластическом способе формования изделий. Снижаются показатели качества последних: морозостойкость, предел прочности при изгибе, увеличивается плотность. Обязательно создание высокоэффективных систем вентиляции помещений предприятия. Полусухой способ прессования предполагает ограничение размеров изделий (в основном так получают одинарный или полуторный кирпич) и их пустотности (до 13 – 18 %).

  При пластическом способе производства керамических изделий несколько усложняется технологический процесс, однако создается возможность получать высокопустотные, укрупненные керамические стеновые материалы, одновременно при этом повышается качество изделий, и в первую очередь их морозостойкость. 

  Технология прочно объединяет естествознание, с которым взаимодействует на низших уровнях (снизу), науку и технику (средние уровни иерархии), экономику, политику и управление (верхние). Технология как основа жизни общества дает те потребительные стоимости, образы которых формирует политика. Экономика, являясь своеобразным проводником и регулятором потоков материальных и духовных ценностей, в условиях глубокого разделения труда стала играть исключительную роль в развитии производительных сил общества. Поэтому разрыв связей между технологией, естествознанием, техникой, экономикой и политикой недопустим.

  Проникая в область экономики, политики и управления, технология конкретизирует цели, принципы и решения практических задач развития общества, отдельных регионов и цивилизации в целом. Она помогает выработать тактику и стратегию глобального развития общественно-экономических формаций на базе системного подхода к решению проблем политических, экономических и развития техники; решать практические задачи на базе исследований комплекса наук, связывая их в единое целое. Сами по себе перечисленные отрасли знаний в силу своей специфики не способны решать подобные задачи. Поэтому часть теоретической технологии, устанавливающая взаимосвязь политики и экономики с развитием технологии и техники, выделяют в самостоятельный раздел – социальную технологию. Задачи этой науки включают не только общественные отношения, но и производственные, экономические, социальные и политические.

   Керамические материалы и изделия классифицируются по разным признакам. В зависимости от структуры керамические материалы разделяют на две основные группы: плотные, спекшиеся, имеющие блестящий раковистый излом, не пропускающие воду, с водопоглощением менее 5 % (клинкерный кирпич для мощения дорог, плитки для пола, канализационные трубы, химически стойкие керамические изделия); пористые, имеющие тусклый землистый излом, с водопоглощением более 5 % (стеновые, кровельные и облицовочные материалы, дренажные трубы и др.).

  По степени однородности и зернистости керамического черепка различают изделия грубой и тонкой (фарфор, фаянс) керамики.

  По конструктивному назначению керамических строительных материалов и изделий выделяют следующие их виды: стеновые изделия (кирпич, керамические камни и панели из них); изделия для облицовки фасадов зданий (лицевой кирпич и камни, плитки различного рода, архитектурно-художественные изделия, ковровая керамика); изделия для внутренней облицовки (глазурованные плитки и фасонные детали к ним – карнизы, утолки, пояски, плитки для полов крупные и мозаичные); изделия для перекрытий (балки, панели, специальные камни); кровельные изделия (черепица рядовая, коньковая и др.); тепло- и звукоизоляционные изделия (перлитокерамика, ячеистая керамика, диатомитовые легковесные изделия, керамзито-керамические панели); санитарно-технические изделия (умывальные столы, унитазы, ванны); изделия дорожно-строительного назначения (клинкерный кирпич для мощения дорог и тротуаров, устройства полов промышленных зданий, кладки канализационных коллекторов); изделия для подземных коммуникаций (канализационные и дренажные трубы для мелиоративных работ, а также для осушения грунтового основания под зданиями и сооружениями); заполнители для легких бетонов (керамзит, аглопорит); кислотоупорные изделия (кирпич, плитки, трубы и фасонные части к ним); огнеупорные изделия (для футеровки шахтных и туннельных печей, вагранок, вращающихся печей, доменных печей) и др.

  Керамические изделия бывают глазурованные и неглазурованные. Глазурь придает изделиям стойкость к внешним воздействиям, водонепроницаемость и высокие декоративные качества. 

  Обжиг изделий производят в кольцевых или туннельных печах непрерывного действия. На новых заводах кольцевые печи не строят, так как им присущи существенные недостатки (значительный перепад температуры, высокая трудоемкость процесса, тяжелые условия труда). Туннельные печи экономичнее кольцевых в силу более высокого уровня механизации производства, а также лучшего использования тепловой энергии. Туннельная печь – это туннель длиной от 60 до 230 м в зависимости от размеров обжигаемых изделий, шириной 3 – 5 м, высотой около 2 м. Внутри туннеля по рельсам движутся навстречу газовому потоку вагонетки с изделиями. Условно печь делят на три зоны – подогрева, обжига и охлаждения, которые последовательно в течение 18 – 36 ч проходят вагонетки с кирпичом-сырцом.

 Порядок проектирования технологии.

    Проектирование технологических процессов керамических материалов должно обеспечивать высокий уровень механизации работ, сокращение затрат и облегчение ручного труда, внедрение передовых технологий формования и сушки изделий, использующихся на родственных предприятиях и в смежных отраслях промышленности; рациональное использование имеющихся производственных ресурсов; передовые формы организации производства и наиболее прогрессивные, экономичные методы осуществления технологических операций. При этом необходимо правильно определять режимные параметры технологического процесса (темп, ритм и цикл, коэффициент загрузки рабочего места и др.).

 Технологичность изделия (продукта, товара) на выходе технологического процесса; возможные мероприятия ее повышения.

    Сырьевые материалы, применяемые в керамической промышленности, делят на две группы: пластичные и непластичные.

  Пластичными материалами считают такие, которые при смешивании с водой образуют пластичное тесто, способное под воздействием внешних сил принимать любую форму без образования трещин и разрывов и сохранять ее после сушки и обжига. К ним относят каолины и глины.

  Каолины – глинистые породы белого цвета различных оттенков, состоящие главным образом из каолинита. Применяются для производства фарфоровых и фаянсовых изделий, а также огнеупоров.

  Основным сырьем для изготовления строительных керамических материалов и изделий являются глины, которые отличаются от каолинов большим разнообразием химического и минералогического состава.

  Глины – осадочные горные породы, состоящие в основном из глинистых минералов. Они в большей степени, чем каолины, загрязнены минеральными и органическими примесями. В природе глины встречаются в рыхлом, пастообразном и уплотненном состоянии.

  Любая глина состоит из многих минералов, т. е. является полиминеральным сырьем. Минералы, содержащиеся в глине, могут придавать ей пластичность или не обладать пластическими свойствами. К первой группе относятся глинообразующие минералы водные алюмосиликаты (каолинит, галлуазит и др.).

  Глинистая порода – механическая смесь глинообразующих минералов, тонкозернистых примесей и включений. В качестве примесей могут быть кварцевый песок, тонкодисперсная кварцевая пыль, карбонатные породы, щелочные и железные оксиды.

  Минералогический состав глин определяет их поведение в процессе обжига, а также формовочную способность.

  Химический состав глин является важнейшей характеристикой, в значительной мере определяющей промышленное их назначение, пригодность для производства тех или иных изделий.

  Глины отличаются комплексом весьма разнообразных свойств. Наиболее важными технологическими свойствами глин являются: пластичность, связующая способность, воздушная и огневая усадка, огнеупорность, спекаемость и интервал спекания.

  Пластичность глины – это способность образовывать при затворении водой тесто, которое под воздействием внешних усилий принимает любую заданную форму без разрыва сплошности и сохраняет ее после прекращения действия усилий.

  Пластичность глины повышается с увеличением содержания в ней глинистых частиц; соответствующее состояние глины отличается от хрупкого и вязкотекучего.

  В зависимости от числа пластичности ГОСТ устанавливает следующую классификацию глин: высокопластичные (жирные) – П>25 %; среднепластичные – П=15– 25 %; умеренно пластичные – П= 1– 15 %; малопластичные (тощие) – П<7 %; непластичные, т. е. не образующие пластичное тесто. Малопластичные глины плохо формуются, а высокопластичные растрескиваются при сушке и требуют отощения. Для производства строительных керамических изделий обычно применяют умеренно пластичные глины. Пластичность глин зависит от их гранулометрического состава (с повышением дисперсности глин их пластичность возрастает), минеральных составляющих (наибольшей пластичностью обладают монтмориллонитовые глины, наименьшей каолинитовые). Глины с большим содержанием песка характеризуются малой пластичностью.