Разное

Проводки передача сырья в переработку: Бухгалтерии 8 (передача материалов в переработку) – Учет без забот

Содержание

как списать и оформить — проводки по списанию и отпуску материала, каким документом оформляется возврат, поступление, переработка и передача сырья в готовую продукцию

Учет давальческих материалов в строительстве у заказчиков, как правило, представляет собой предмет самого большого интереса. Аналогичным образом дела обстоят и в любых других областях, в которых присутствует сырье, направляемое на переработку в структурные подразделения сторонних организаций. К счастью, современное российское законодательство дает четкие ответы на вопросы в этой правоприменительной области.

Бухгалтерские и налоговые учетные процедуры реализуются в строго очерченных порядках, конечно, при грамотном, правильном и всестороннем подходе. Основной документ, регулирующий взаимоотношения сторон сделок по ДС — это ст. 220 ГК РФ. В этом регламенте подробно описаны аспекты, касающиеся прав собственности на новую недвижимую вещь, изготовленную путем рециклинга имеющихся компонентов.

Как учесть давальческое сырье

В 2021 году в строительстве, а также многих других областях коммерческой деятельности, часто встречаются ситуации, в рамках которых организация передает фирме определенный сырьевой объем, заказывая, например, услуги по его переработке.

При этом материалы, адресуемые исполнителю, не переходят в полное владение подрядчика, оставаясь в бухучете покупателя операционных процедур. Все сопутствующие действия и мероприятия в обязательном порядке фиксируются на бумаге, а статус основного документа получает обыкновенный договор подряда.

Для того чтобы грамотно произвести все операции, специалисты в области бухгалтерского дела должны уметь свободно обращаться со счетом № 10, а также представленными в его графах субсчетами (№ 003, № 10-7) и так далее. Все стандарты, касающиеся записей в данном правоприменительном поле, прописаны, например, в Приказе Минфина № 94Н от 31.10.2000 года. Аналогичным образом задействуются и выкладки, предложенные в ст. 702 Гражданского кодекса Российской Федерации. Здесь опубликованы и прототипы, применяемые в качества образца при составлении договора подряда.

Бухгалтерский учет по давальческому сырью в строительстве

Классический бухучет, как правило, разбирается на простых и ярких примерах.

Итак, если какая-либо организация заказала услуги у другой фирмы, а затем передала ей подлежащие переработке материалы, все графы сопутствующей документации будут заполняться так:

  • передача изделий подрядчику;
  • списание средств на проведение ремонтных операций;
  • отражение стоимости мероприятий;
  • задействование НДС в расчетах;
  • возвращение неиспользованных объемов;
  • получение предмета сделки.

В рамках просматриваемых процедур, специалист будет вынужден задействовать целый перечень дебетных счетов. К их числу относятся пункты, размещенные под номерами 10-7, 08, 20, 26, 44, 19, 10-1 и 10-8.

Готовые решения для всех направлений

Ускорь работу сотрудников склада при помощи мобильной автоматизации. Навсегда устраните ошибки при приёмке, отгрузке, инвентаризации и перемещении товара.

Узнать больше

Мобильность, точность и скорость пересчёта товара в торговом зале и на складе, позволят вам не потерять дни продаж во время проведения инвентаризации и при приёмке товара.

Узнать больше

Обязательная маркировка товаров — это возможность для каждой организации на 100% исключить приёмку на свой склад контрафактного товара и отследить цепочку поставок от производителя.

Узнать больше

Скорость, точность приёмки и отгрузки товаров на складе — краеугольный камень в E-commerce бизнесе. Начни использовать современные, более эффективные мобильные инструменты.

Узнать больше

Повысь точность учета имущества организации, уровень контроля сохранности и перемещения каждой единицы. Мобильный учет снизит вероятность краж и естественных потерь.

Узнать больше

Повысь эффективность деятельности производственного предприятия за счет внедрения мобильной автоматизации для учёта товарно-материальных ценностей.

Узнать больше

Первое в России готовое решение для учёта товара по RFID-меткам на каждом из этапов цепочки поставок.

Узнать больше

Исключи ошибки сопоставления и считывания акцизных марок алкогольной продукции при помощи мобильных инструментов учёта.

Узнать больше

Получение сертифицированного статуса партнёра «Клеверенс» позволит вашей компании выйти на новый уровень решения задач на предприятиях ваших клиентов..

Узнать больше

Используй современные мобильные инструменты для проведения инвентаризации товара. Повысь скорость и точность бизнес-процесса.

Узнать больше

Показать все решения по автоматизации

Правовое регулирование

Все правоприменительные аспекты, касающиеся давальческих материалов, прописаны в ст. 220 ГК РФ. Пунктами 1 и 2 данной статьи предусматривается следующее:

  1. Правом собственности на новый объект, выпущенный с задействованием адресованного сырья путем рециклинга, наделяется собственник сырьевого объема, который обязан провести выплатную транзакцию подрядчику за его работу.
  2. Если стоимость переработки значительно превышает цену базовых компонентов, владеть полученными в результате операций вещами будет организация, отвечавшая за реализацию непосредственных производственных процедур. При этом она должна возместить ценность базовых комплектов их изначальному хозяину.

Нетрудно догадаться, что все перечисленные нормативы указываются преимущественно в договоре подряда. Однако сам образец документа в Гражданском кодексе России в самостоятельном порядке не представлен. Там описываются исключительно общие рекомендации по правоприменительному действию бумаги.

Как списать и оформить давальческие материалы и сырье в строительстве: первичная документация, оформляемая сторонами сделки

К числу основных, наиболее важных актов, сертификатов и свидетельств, фиксирующих все операции рассматриваемого формата между двумя фирмами, относятся:

  1. Накладная на передачу сырьевого объема, составляемая получателем услуг. Заполняется, например, по типовой форме № М-15.
  2. Приходный ордер, разрабатываемый исполнителем, в роли которого, конечно же, выступает сам переработчик. Здесь отлично подойдет формуляр № М-4.
  3. Отчет о задействовании полученных материальных ценностей. Наименования и количественные перечисления, в том числе с учетом остатков.
  4. Свидетельство о приходе готовой продукции. Как правило, формируется с применением образца № МХ-18.

Все перечисленные документы утверждаются Постановлением Росстата от 09.08.1999 № 66. Благодаря данному правоприменительному регламенту стороны сделки могут познакомиться с правилами заполнения нужных бумаг.

Бухучет

Проводки по передаче и приему товаров/сырья в переработку на сторону — это предмет пристального интереса для многих специалистов в области бухгалтерии. В общем виде все мероприятия, операции и процедуры фиксируются по нормативам следующей инструкции:

  1. Д 10-7 «Материалы, переданные…» и К 10-1 «Сырье и…». Отражение процесса передачи объектов от давальца компании-подрядчику.
  2. Д 20 и К 60. В соответствии с регламентными правилами ПБУ 10/99 здесь указываются стоимостные характеристики услуг исполнителя, причем без задействования НДС.
  3. Д 10-6 и К 20. Применяется в том случае, если сотрудничающая организация отправила какие-либо изделия назад в виде возвратных отходов.
  4. Дебет 20 и Кредит 10-7. Фактическая себестоимость предметов коммерческого интереса для обеих сторон, отражаемая у заказчика.
  5. Д 43 и К 20. Готовая продукция, вписываемая после завершения соответствующих операционных процедур.

Нетрудно догадаться, что предметный разбор всех перечисленных проводок — это задача, на выполнение которой уходит достаточно большое количество времени. Сократить временные затраты, а также оптимизировать многие другие бизнес-процессы можно, например, с помощью программных решений от «Клеверенс». ПО, представленное, скажем, программами «Склад-15» или «Магазин-15», помогает многим предпринимателям России в построении успешного, доходного производства.

Налоговый учет

Все ранее рассмотренные мероприятия, конечно же, должны выполняться с учетом особенностей налогообложения. В рамках описываемых процедур основную роль будут играть правила, прописанные в следующих статьях НК РФ:

  • п. 1 ст. 254;
  • п. 2 ст. 272;
  • п. 1 ст. 318;
  • п. 1 ст. 248;
  • п. 1 ст. 103.

Аналогично немаловажную роль получает и Рекомендация Минфина, представленная в Письме от 02.05.2012 №03-03-06/1/214. Абсолютно каждый упомянутый законодательный норматив тем или иным образом касается вопроса о пошлинном исчислении ДС. Принятие во внимание всех предложенных правительством стандартов — это ключ к отсутствию проблем с сотрудниками надзорных органов.

Учет у исполнителя (переработчика)

Ответ на вопрос о том, каким документом оформляется возврат материалов из переработки, как правило, интересует и другую, противоположную заказчику сторону. Конечно, корпорациям, выступающим в роли исполнителей на заказы по рециклингу сырья, работать немного проще, ведь все процессы у них уже оптимизированы и настроены под сопутствующую деятельность.

Однако, многие специалисты подобных фирм, нередко действуют исходя из простых старых регламентов, не понимая, какие задачи они решают посредством своих манипуляций.

Бухучет

Как уже говорилось ранее, в соответствии с нормативами, представленными в Гражданском кодексе Российской Федерации, сырьевые объемы, транспортируемые подрядчику для выполнения рециклинговых процедур, остаются на балансе у организации, заказавшей весь комплекс операций в целом. Но переработчик обязан учесть их в рамках графы забалансового счета 003 по оценкам, предусмотренным договором подряда. Такое правило приводится в ПБУ 5/01 и п. 156 Методических указаний № 119Н.

Однако встречаются и ситуации, когда материалы изначально не принадлежат покупателю услуг. Тогда весь набор будущих производственных или товарно-материальных ценностей записывается в строку 002, с задействованием специализированных формула расчета стоимости.

Примеры проводок по передаче сырья и возврату товара в переработку

Бухучет исполнителя, в общем, нормальном виде, в обязательном порядке будет включать в себя полный перечень операций, реализуемых по ходу коммерческой сделки:

  • получение продукции на давальческой основе;
  • адресация ДС в цех для проведения нужных мероприятий;
  • отражение выручки;
  • начисление НДС;
  • оприходование готовых модулей на складской территории;
  • отгрузка изделий для обратной транспортировки;
  • инвентаризация наличествующих отходов;
  • возврат незадействованного в работе комплекта;
  • поступление денежных средств в качестве оплаты за услугу.

Обратите внимание: к каждой процедуре приписывается собственный дебет и кредит, а также показатель суммы затраченных денег. По общепринятым правилам принято задействовать такие строки забалансовых граф как 003, 62, 90-1, 002, 90-3, 68, 51 и 62. Все они, естественно, присутствуют в 1С и других видах профильного программного обеспечения.

Налоговый учет

Как уже говорилось ранее, ДС — это набор материалов, не включаемых в бухучет исполнителя, занимающегося непосредственной переработкой. Единственное, с чего в рамках сделки исполнитель должен будет заплатить налог — прямой доход. Причем все выплатные мероприятия соответствуют стандартам, прописанным в следующих статьях НК РФ:

  • п. 1 ст. 248;
  • п. 1 ст. 249;
  • п. 1 ст. 271.

Единственный критичный в рамках вопроса момент заключается в оприходовании остаточных сырьевых объемов. Нередко заказчики оставляют производителю работ право на последующее использование таких объектов. В представленной ситуации фирма обязана провести полноформатную приемку, с принятием во внимание фактической стоимости полученной продукции.

Какие бывают операции с ДС

Проводки по учету, списанию и оформлению давальческих материалов в у подрядчика в строительстве, а также других областях классического коммерческого предпринимателя, сегодня представляют предмет пристального интереса исключительно для определенного ряда компаний. Такие организации занимаются:

  • рециклингом нефтесодержащих веществ для получения горючего и смазки;
  • обработкой товаров сельского хозяйства с целью выработки круп и консервации;
  • производственным взаимодействием с полиэтиленом для создания ПВХ;
  • возведением объектов в рамках обыкновенной расстройки;
  • ремонтом технических агрегатов, промышленных станков, электроники и так далее.

Встречаться с перечисленными мероприятиями на регулярной основе будут исключительно профильные бухгалтеры, которые, в общем, уже обладают наборами соответствующих знаний и навыков.

Правила отражения операций с ДС у заказчика и подрядчика

Как уже говорилось ранее, основная, центральная особенность процедур, связанных с давальческими материалами — это их учет. В соответствии с предложенными правительством нормативами, объекты коммерческого взаимодействия такого формата остаются на балансе у корпорации, которая, собственно, и является заказчиком рециклинговых услуг. Правда, все сырьевые объемы в подобном случае переводятся со счета 003 на субсчет 10-7. Именно этот регламент описан в Приказе Минфина Российской Федерации от 31.10.2000 № 94Н. Благодаря предложенным выкладкам, можно понять, почему право пользования на, в том числе и готовую продукцию, не меняет изначального владельца.

Проводки по поступлению сырья и материалов из переработки в готовую продукцию

Все операции, выполняемые бухгалтерами исполнителя, в обязательном порядке производятся с задействованием следующих граф и параметров:

  • Д 003 — прием ДС, адресованных покупателем рециклинга;
  • Д 20 и К 02 — принятие во внимание затрат на перепроизводство;
  • К 003 — отгрузка готовых модулей;
  • Д 62 и К 90-1 — отражение выручки;
  • Д 90-3 и К 68 — начисление НДС;
  • Д 90-2 и К 20 — списание себестоимости;
  • Д 51 и К 62 — поступление оплаты.

Документальное оформление

Возврат брака по давальческой схеме и проводки по отпуску материалов на сторону — это операции, обладающие целыми перечнями различных классических подводных камней. В их рамках, как правило, задействуется огромное количество документов, оформляемых, в том числе и по типовым формулярам:

  • договор подряда, в свободной форме;
  • унифицированный стандарт М-15;
  • приходный ордер М-4 или аналогичная бумага;
  • акты и отчеты, без утверждения правил заполнения со стороны ФНС.

Обратите внимание: как уже говорилось ранее, регламентов, касающихся проработки центрального документального свидетельства (подрядного сертификата), в Гражданском кодексе России не представлено. Стороны сделки могут пользоваться любыми унификатами, подходящими под условия определенного вида коммерческого взаимодействия.

Готовые решения для всех направлений

Ускорь работу сотрудников склада при помощи мобильной автоматизации. Навсегда устраните ошибки при приёмке, отгрузке, инвентаризации и перемещении товара.

Узнать больше

Мобильность, точность и скорость пересчёта товара в торговом зале и на складе, позволят вам не потерять дни продаж во время проведения инвентаризации и при приёмке товара.

Узнать больше

Обязательная маркировка товаров — это возможность для каждой организации на 100% исключить приёмку на свой склад контрафактного товара и отследить цепочку поставок от производителя.

Узнать больше

Скорость, точность приёмки и отгрузки товаров на складе — краеугольный камень в E-commerce бизнесе. Начни использовать современные, более эффективные мобильные инструменты.

Узнать больше

Повысь точность учета имущества организации, уровень контроля сохранности и перемещения каждой единицы. Мобильный учет снизит вероятность краж и естественных потерь.

Узнать больше

Повысь эффективность деятельности производственного предприятия за счет внедрения мобильной автоматизации для учёта товарно-материальных ценностей.

Узнать больше

Первое в России готовое решение для учёта товара по RFID-меткам на каждом из этапов цепочки поставок.

Узнать больше

Исключи ошибки сопоставления и считывания акцизных марок алкогольной продукции при помощи мобильных инструментов учёта.

Узнать больше

Получение сертифицированного статуса партнёра «Клеверенс» позволит вашей компании выйти на новый уровень решения задач на предприятиях ваших клиентов..

Узнать больше

Используй современные мобильные инструменты для проведения инвентаризации товара. Повысь скорость и точность бизнес-процесса.

Узнать больше

Показать все решения по автоматизации

Особенности отражения операций с неиспользованными остатками ДС

Единственное, что не укладывается в общий набор процедур — это когда компания, выступающая в роли давальца, оставляет часть неизрасходованного сырьевого объема исполнителю рециклинговых услуг. Подобное мероприятие, как правило, изначально прописывается в договоре. Поставляемые объемы идут в счет будущей оплаты или, например, отдаются по каким-либо сторонним соображениям руководящего состава заказчика. Тогда организация-подрядчик должна произвести все сопутствующие действия, связанные с приемкой и оприходованием адресованного товара. Здесь вступают в действие все те же забалансовые графы: Д 90, К 68, Д 10-1 и так далее.

Итоги

Услуги по переработке и списанию давальческого сырья и материалов у заказчика в ОКВЭД отражаются максимально подробно. Разобраться с принципами задействования разных строк бухгалтерского учета сможет даже человек, изначально не специализированный на работу с ДС в принципе. Однако наиболее простой вариант для любой компании, функционирующей в рассмотренном правоприменительном поле, заключается в использовании сторонних средств и инструментов, облегчающих все операции. Такими вещами могут стать, скажем, цифровые продукты бренда «Клеверенс» — товароучетные системы, отличным образом подходящие для оптимизации самых разных бизнес-процессов.


Количество показов: 4188

Учет операций по переработке давальческого сырья

Финансовая газета (региональный выпуск), 2007, N 12.
Статья Ведущего аудитора Компании, А. Вагаповой.

Некоторые предприятия, не имея своей производственной базы, передают сырье в переработку другим организациям.

Производство товара из давальческого сырья — это изготовление лицом новой движимой вещи путем переработки не принадлежащих ему материалов (ст. 220 ГК РФ). Сторонами давальческих операций являются собственник передаваемого в переработку сырья (материалов) — давалец и переработчик.

Передавая в переработку сырье, давалец не теряет на него право собственности. Более того, он приобретает право собственности и на готовую продукцию.

Договор на переработку давальческого сырья классифицируется как договор подряда, отношения по которому регулируются гл. 37 ГК РФ. По договору подряда подрядчик обязуется выполнить по заданию заказчика определенную работу и сдать ее результат заказчику, а заказчик обязуется принять результат работы и оплатить его.

Рассмотрим особенности бухгалтерского учета данных операций у давальца и переработчика.

Учет у давальца

Как отмечено выше, передавая материалы в переработку, давалец оставляет за собой право собственности на них. В силу этого они не подлежат списанию с баланса, а учитываются на счете 10, субсчет 7 «Материалы, переданные в переработку на сторону». На это указывается также в п. 157 Методических указаний по учету материально-производственных запасов, утвержденных Приказом Минфина России от 28.12.2001 N 119н (далее — Методические указания). Так как передачи права собственности не происходит, то отсутствует и объект обложения НДС и налогом на прибыль.

При передаче материалов необходимо оформить накладную на передачу материалов на сторону, унифицированная форма которой (М-15) утверждена Постановлением Госкомстата России от 30.10.1997 N 71а. В накладной следует указать, что материалы передаются в переработку на давальческих условиях. При отсутствии правильно оформленных документов налоговые органы могут расценить передачу материалов как безвозмездную, которая является объектом обложения НДС (пп. 1 п. 1 ст. 146 НК РФ) и не учитывается для целей исчисления налога на прибыль (п. 16 ст. 270 НК РФ).

После переработки материалов давалец должен получить от переработчика:

  • отчет об израсходованных материалах, в котором указывают количество израсходованного сырья, произведенной продукции, а также отходов;
  • акт приема-передачи выполненных работ с указанием перечня и стоимости выполненных работ.

Унифицированные формы таких документов не утверждены, поэтому организация должна разработать их сама и отразить в своей учетной политике. При разработке документов необходимо соблюсти все условия признания документа в качестве первичного, перечисленные в п. 2 ст. 9 Федерального закона от 21.11.1996 N 129-ФЗ «О бухгалтерском учете». Количество израсходованного материала должно четко соответствовать калькуляции — неотъемлемой части договора на переработку. На основании этих документов в учете будет отражено списание материалов на счета затрат.

Так как право собственности на произведенную продукцию принадлежит давальцу, на основе отчета переработчика он отражает поступление готовой продукции на счете 43. Получение готовой продукции оформляют накладной (форма N МХ-18).

Основные составляющие себестоимости готовой продукции у давальца:

  • стоимость сырья;
  • стоимость работы по переработке.

В себестоимость могут быть включены также транспортные, командировочные расходы, оплата посреднических услуг, доля общепроизводственных и общехозяйственных расходов, приходящаяся на выпущенную продукцию.

Если организация оформит первичные документы по передаче сырья неправильно, то поступление готовой продукции также может быть расценено проверяющими органами как безвозмездно полученное с одновременным включением в налоговую базу по налогу на прибыль (п. 8 ст. 250 НК РФ).

При заключении договора на переработку сырья могут быть использованы различные варианты оплаты:

  • денежными средствами;
  • сырьем;
  • готовой продукцией;
  • комбинированные формы оплаты.

Если при расчете используются второй, третий или четвертый варианты оплаты, то договор на переработку приобретает смешанный характер: договор подряда (по выполняемым из давальческих материалов работам) и договор поставки (по поставке сырья или готовой продукции).

Следует обратить внимание на один очень важный момент. С 1 января 2007 г. в п. 4 ст. 168 НК РФ внесено изменение, в соответствии с которым сумма налога, предъявляемая налогоплательщиком покупателю товаров (работ, услуг), имущественных прав, уплачивается налогоплательщику на основании платежного поручения на перечисление денежных средств при осуществлении товарообменных операций, зачетов взаимных требований, при использовании в расчетах ценных бумаг, т.е., если расчеты за переработку будут производиться не денежными средствами, а посредством зачета, возникнет обязанность перечислить отдельным платежным поручением сумму НДС.

Поскольку в новой налоговой декларации по НДС отмечено, что по операциям, связанным с зачетами, подлежит вычету только тот НДС, который оплачен денежными средствами, то возникают проблемы с вычетами НДС. И хотя налицо более расширенное (можно сказать неправильное) толкование норм НК РФ в части права на вычет, при невыполнении этих требований у налогоплательщиков возникают проблемы.

Еще один момент, на который необходимо обратить внимание, это учет отходов:

  • Если отходы остаются у переработчика, то в бухгалтерском и налоговом учете давальца должны быть отражены операции по безвозмездной передаче, которая согласно пп. 1 п. 1 ст. 146 НК РФ приравнивается к реализации и, следовательно, нужно начислить НДС.

Если отходы передаются давальцу, то на их стоимость корректируются расходы по переработке.

Рассмотрим порядок бухгалтерского учета у давальца:

Содержание операцииДебетКредитДокумент
Передано сырье в переработку10-710-1М-15
Списаны материалы на изготовление готовой продукции2010-7Отчет переработчика
Отражен возврат неиспользованных материалов10-110-7Отчет переработчика
Отражены затраты по переработке сырья2060Акты выполненных работ
Отражен НДС1960Счет-фактура
Принят к вычету НДС6819Счет-фактура <*>
Учтены возвратные отходы10-1220М-15
Принята к учету готовая продукция4320МХ-18
Передана готовая продукция в счет оплаты работ6290-1Накладная <**>
Начислен НДС90-368Счет-фактура
Перечислен НДС6051Платежное поручение
Произведен зачет взаимных требований на оставшуюся сумму6062Акт зачета взаимных требований

<*> Если в соответствии с условиями договора уже известно, что расчеты будут производиться путем передачи готовой продукции, то к вычету НДС лучше не принимать.

<**> На сумму выполненных работ без учета НДС.

Учет у переработчика

Согласно п. 156 Методических указаний давальческие материалы — это материалы, принятые организацией от заказчика для переработки (обработки), выполнения иных работ или изготовления продукции без оплаты стоимости принятых материалов и с обязательством полного возвращения переработанных (обработанных) материалов, сдачи выполненных работ и изготовленной продукции.

Аналитический учет давальческих материалов ведется по заказчикам, наименованиям, количеству и стоимости, а также по местам хранения и переработки (выполнения работ, изготовления продукции). Они учитываются на забалансовом счете 003 «Материалы, принятые в переработку».

Материалы, переданные на переработку, поступают на склад на основании накладной М-15. В момент оприходования их на склад оформляется приходный ордер по форме N М-4 с отметкой, что сырье поступило в организацию на давальческих условиях.

Все расходы, связанные с производственным процессом, учитываются у переработчика на счете 20 «Основное производство». Если переработчик помимо переработки давальческого сырья производит продукцию и из собственных материалов, он должен вести раздельный учет как по материалам, так и по всем затратам.

Отходы, образовавшиеся в процессе производства и остающиеся по условиям договора у переработчика, учитываются как безвозмездно полученное имущество.

При исчислении налога на прибыль стоимость безвозмездно полученного имущества включают у переработчика в состав внереализационных доходов (п. 8 ст. 250 НК РФ). Датой признания этих доходов будет считаться день подписания сторонами акта приема-передачи отходов давальческого сырья (пп. 1 п. 4 ст. 271 НК РФ).

В бухгалтерском учете такие доходы отражают по кредиту счета 98 «Доходы будущих периодов». При последующем их списании на счета учета затрат они относятся на счет 91 «Прочие доходы».

Так как налоговый доход возникает у переработчика раньше, чем бухгалтерский, в бухгалтерском учете отражается отложенный налоговый актив.

Рассмотрим порядок бухгалтерского учета у переработчика:

Содержание операцииДебетКредитДокумент
Получено сырье в переработку003-1М-15, М-4
Списаны материалы в производство003-2003-1М-11
Отражены расходы, связанные с производственным процессом2002, 10, 70, 69 и др. Акты, накладные, ведомости и т.п.
Принята на склад готовая продукция002003-2МХ-18
Выполненные работы сданы давальцу6290-1Акт выполненных работ
Отражен НДС90-368Счет-фактура
Списаны затраты90-220Калькуляции, отчеты
Передана давальцу готовая продукция002Акт приемки-передачи
Переданы остатки сырья003-1М-15
Оприходованы отходы в соответствии с условиями договора1098М-4
Отражен ОНА0968Налоговый регистр
При списании либо реализации отходов9891-1Бухгалтерская справка
Отражено погашение ОНА6809Бухгалтерская справка

А. Вагапова
ЗАО «Гориславцев и К.»

Работа с давальческим сырьем — основные нюансы операций с ДС

Александр Шишков

Консультант СМЦ центра «УПТК-65»

Время чтения: 11 минут

Работа с давальческим сырьем — основные нюансы операций с ДС

В деятельности любой производственной организации могут возникнуть ситуации, когда более целесообразно с экономической точки зрения передать сырье для обработки, переработки и/или доработки сторонней организации, которая располагает всем необходимым производственным оборудованием и квалифицированными кадрами. Вместе с тем, есть ряд нюансов операций по движению давальческого сырья (ДС) и бухгалтерского учета, как у исполнителя, так и у заказчика.

Изготовление металлических изделий на давальческих условиях

Для металлообрабатывающих организаций достаточно распространены операции по переработке давальческого сырья и производству из него продукции по техзаданию заказчика. При данной форме сотрудничества производственная организация, выполняющая взятые на себя обязательства по обработке предоставленного материала, называется подрядчиком или исполнителем, а передающая сырье организация — заказчиком или давальцем.

Особенность давальческой металлообработки заключается в том, что заказчик сохраняет за собой право собственности на передаваемый металлопрокат и произведенную из него готовую продукцию, а исполнитель за предусмотренную договором плату оказывает лишь необходимые услуги по переработке сырья.

Обратите внимание: Исполнитель выполняет работы по изготовлению изделий из металла, который все это время остается собственностью давальца. Даже если сырье находится на складе или в цехах подрядчика.

С точки зрения гражданского законодательства данная форма сотрудничества классифицируется как договор подряда, поэтому организация, регулируется главой 37 «Подряд» ГК РФ.

Есть ошибочное мнение, что данный договор следует рассматривать как договор мены, который регулируется главой 31 ГК РФ «Мена». Однако нужно учесть, что по договору мены стороны обязуются передать материалы/продукцию в собственность партнера. По давальческому договору заказчик передает переработчику сырье, но право собственности сохраняет за собой. Предметом договора являются непосредственно работы по металлообработке, которые не могут называться товаром, оплата за эти работы обычно производится денежными средствами, что также не соответствует условиям договора мены.

Не совсем корректно относить давальческий договор к договору возмездного оказания услуг, поскольку изготовление продукции с использованием материалов заказчика считается производственной деятельностью, т.е. речь идет именно о выполнении работ, а не об оказании услуг.

По договору подряда исполнитель обязуется выполнить по техзаданию давальца определенную работу и сдать готовый продукт (или полуфабрикат), а давалец обязуется принять изделия и оплатить работы.

Обязанности исполнителя (подрядчика)

В статье 713 Гражданского кодекса РФ прописано, что подрядчик обязан использовать предоставленное заказчиком давальческое сырье экономно и расчетливо. После выполнения работы исполнитель обязуется представить заказчику отчет о расходах и возвратить остаток материала. По согласованию с заказчиком исполнитель может уменьшить стоимость своей работы на стоимость оставшихся у него материалов.

Важный момент: Если исполнитель использовал не все сырье, то по общему правилу материальные остатки возвращаются заказчику. Но по соглашению сторон они могут перейти в собственность переработчика с уменьшением цены работ.

Ответственность за сохранность переданного на переработку ДС в соответствии со статьей 714 Гражданского кодекса РФ возложена на подрядчика.

Документальное оформление операций с ДС

В договоре подряда должны быть отражены следующие моменты:

  • Порядок передачи сырья на переработку и перехода рисков. Как правило, давалец несет риск случайной гибели или случайного повреждения металлопроката. Ответственность за повреждение или гибель материалов в результате выполненной работы до ее приемки заказчиком несет исполнитель.
  • Сроки выполнения работ и ответственность исполнителя за их нарушение.
  • Стоимость выполнения работ и форма расчета.
  • Права и обязанности сторон.
  • Порядок приемки заказчиком результатов работ.
  • Условия передачи давальцу возвратных отходов и порядок утилизации безвозвратных.
  • Ответственность исполнителя за ненадлежащее качество выполненных работ.

При передаче давальческого сырья на переработку заказчик оформляет накладную по форме М-15, при заполнении которой в обязательном порядке делает пометку «на давальческих условиях». Данная накладная составляется в двух оригинальных экземплярах (один передается подрядчику, второй остается на складе).

Поступление давальческого сырья на склад исполнителя сопровождается оформлением соответствующего первичного документа (обычно это приходный ордер по форме № М-4), в котором также делается отметка «давальческое сырье».

По окончании работ по договору передача произведенной из ДС продукции оформляется актом приема-передачи. Параллельно исполнитель составляет отчет об использовании полученных материалов (это можно сделать в произвольной форме). В отчете следует отразить следующие моменты:

  • наименование выполненных работ;
  • номенклатура и кол-во полученного и фактически использованного сырья;
  • наименование и кол-во готовой продукции;
  • кол-во остатков неиспользованных материалов.

Поскольку не существует утвержденных законодательно форм акта и отчета, бланки этих документов можно разработать самостоятельно в свободной форме.

Бухгалтерский учет операций с ДС

Материалы, передаваемые заказчиком переработчику, продолжают оставаться его собственностью, поэтому не подлежат списанию с бухгалтерского учета. Поскольку исполнитель не приобретает права собственности на сырье, передаваемое ему давальцем, принятие к учету полученного сырья на счете 10 «Материалы» будет ошибкой.

Что касается подрядчика, то он учитывает полученные от давальца материалы на забалансовом счете 003 — «Материалы, принятые в переработку» (их стоимость отражена в договоре). По мере расходования давальческого сырья подрядчик списывает его стоимость со счета 003 и оформляет для заказчика работ отчет об израсходованных материалах. Чтобы разделить металлопрокат на полученный и отпущенный, к счету 003 открываются субсчета, например:

  • 003-1 «Давальческие материалы на складе»;
  • 003-2 «Давальческие материалы в производстве».

Налоговый учет операций с давальческими материалами

Важно понимать, что сам факт передачи металлопроката для выполнения работ не приводит к возникновению доходов или расходов ни у одной из сторон. Ведь переданные на переработку исполнителю давальческие материалы остаются собственностью заказчика. То же самое касается возврата неиспользованных остатков сырья. Это означает, что начислять НДС при передаче подрядчику материалов на давальческих условиях и возврате остатков не нужно.

Уже после подписания сторонами отчета и акта сверки по сырьевым остаткам давалец признает доходы от реализации продукции и расходы в виде стоимости материалов. Как правило, расходы списываются на момент передачи сырья и материалов на переработку (пункт 2 статьи 272 НК). Однако данное правило не действует, если речь идет о давальческом сырье, ведь заказчик их не использует, а подрядчик не вправе списать их в расходы, поскольку собственником не является.

Датой списания расходов считается день подписания акта, поэтому в прямых расходах должна быть отражена стоимость принятых работ без учета стоимости ДС на основании акта сдачи-приемки и стоимость неиспользованных остатков.

Проводки по бухгалтерскому учету давальческого сырья

Отображение операций с давальческими материалами в бухгалтерском учете у давальца будет таким:

Дт 10.7 Кт 10.1 (10.8) — передача давальческих материалов переработчику; Дт 10.1 Кт 10.7 — получение готовой продукции или полуфабрикатов из ДС; Дт 10.1 Кт 60 — к стоимости исходного сырья добавлена стоимость работ по переработке; Дт 19 Кт 60 — учтен НДС со стоимости работ по переработке; Дт 68 Кт 19 — принят НДС к вычету; Дт 60 Кт 51 — подрядчику перечислен платеж по договору за выполненные работы; Дт 20 Кт 10. 1 — переработанные подрядчиком материалы направлены в производство; Дт 43 Кт 20 — принята на учет готовая продукция из давальческого сырья.

Если полученная продукция считается полуфабрикатом, то бухгалтерия заказчика может делать и такие проводки:

Дт 21 (10.2) Кт 10.7 — списание давальческих материалов на изготовление полуфабрикатов; Дт 21 (10.2) Кт 60 — отнесение туда же стоимости услуг по переработке; Дт 19 Кт 60 — учтен НДС по переработке; Дт 20 Кт 21 (10.2) — полуфабрикат отпущен в производство.

Организация-подрядчик в бухгалтерском учете в отношении операций с давальческим металлопрокатом использует следующие проводки:

Дт 003 — давальческое сырье принято от заказчика и передано в переработку; Дт 20 Кт 02 (10, 23, 25, 26, 60, 69, 70) — учтены затраты на переработку материалов; Кт 003 — изделия из ДС отгружена заказчику; Дт 62 Кт 90.1 — получена выручка от выполнения работ по металлообработке; Дт 90. 3 Кт 68 — начислен НДС со стоимости работ по переработке; Дт 90.2 Кт 20 — списана себестоимость работ; Дт 51 Кт 62 — поступление денежных средств от заказчика.

Важный момент: Отображение информации по кредиту десятого счета у подрядчика возможно только в отношении его собственных материалов. Стоимость давальческого сырья в себестоимость у исполнителя никогда не включается.

При изготовлении готовой продукции или заготовок из давальческого металлопроката у исполнителя обычно остаются неиспользованные материалы. В связи с этим в бухучете могут появляться дополнительные проводки, например:

Дт 10 Кт 91 — показаны возвратные отходы, которые были безвозмездно переданы подрядчику; Дт 10 Кт 60 (76) — оприходованы неиспользованные остатки сырья, переданные от заказчика в счет расчетов за работы; Дт 19 Кт 60 (76) — на сумму НДС по передаваемому сырью; Дт 60 (76) Кт (62) — взаимозачет стоимости давальческих материалов (с НДС) в счет оплаты выполненных работ.

У заказчика тоже могут появляться дополнительные проводки, например:

Дт 10.1 Кт 10.7 — оприходованы возвращенные подрядчиком остатки ДС; Дт 62 (76) Кт 90 — оставшиеся у исполнителя материалы переданы ему в счет оплаты работ; Дт 90 Кт 68 — начислен НДС по передаваемым остаткам; Дт 60 Кт 62 (76) — взаимозачет стоимости ДС с НДС в счет оплаты услуг по переработке.

что это такое, проводки, как оформить, учет

Организации, которые производят сырьё, не всегда могут выпускать изделия, пригодные для продажи. Поэтому производители обращаются к переработчикам – компаниям, которые обрабатывают материал и выпускают конечный товар.

Обработкой сырьевой продукции занимается фирма-подрядчик, тогда как права собственности остаются у заказчика. В проводках отражается передача материала контрагенту и поступление готовых изделий из переработки.

Содержание

  • 1 Что такое давальческое сырьё?
  • 2 Как оформить передачу сырья и материалов в переработку
  • 3 Учёт давальческого сырья: проводки у давальца
  • 4 Учёт давальческого сырья: проводки у переработчика
  • 5 Договор переработки давальческого сырья

Что такое давальческое сырьё?

Давальческое сырьё – это материалы (запчасти, комплектующие, полуфабрикаты и т. д.), которые фирма-собственник (давалец) отправляет переработчику для выпуска продукта. Пример: заказчик покупает стройматериалы, передаёт их заводу для изготовления мебели.

Переработчик возвращает готовые изделия и сырьевые излишки. Полученная мебель готова для сбыта и продажи в торговых точках. Обязанность подрядчика – вернуть стройматериалы в полном объёме. Заказчик оплачивает производство и работу переработчика.

Оформление поставки материалов контрагенту обладает своей спецификой. Право собственности закреплено за давальцем, а контрагент получает денежное вознаграждение за изготовление конечных товаров из сырьевой продукции.

Как оформить передачу сырья и материалов в переработку

При отправке сырьевой продукции на обработку между давальцем и переработчиком составляется договор подряда. Оформляется накладная. Переданные материалы остаются на бухгалтерском учёте заказчика, т.к. они продолжают числиться собственностью давальца. На субсчете 10-7 «Материалы, переданные в переработку на сторону» отражается стоимость отправленного сырья с указанием затрат на обработку. Переработчик не имеет права включать полученные полуфабрикаты в собственное имущество.

Поставка сырьевой продукции в обработку не относится к реализации. Себестоимость готового товара складывается из стоимости полуфабрикатов, затрат на производство, транспортных расходов, командировочных и т.д.

Учёт давальческого сырья: проводки у давальца

Собственнику при отправке полуфабрикатов переработчику необходимо создать в 1С документ о передаче сырья в переработку и оформить проводки. Нужно:

  1. Открыть программу.
  2. Перейти в раздел «Производство».
  3. Открыть страницу «Передача в переработку» и кликнуть по ссылке «Передача сырья в переработку».

Далее откроется панель с перечнем документов. Необходимо создать новый файл и в шапке указать сведения о договоре, подрядчике, складе и организации.

В таблице указывается перечень отправленных полуфабрикатов и счета учёта. В бухгалтерском учёте давальца должны сформироваться проводки, в которых указываются дебет, кредит, сумма, дата. Счёт затрат фиксируется на странице «Распределение материалов на выпуск».

Поступление товаров из переработки в 1С: УПП оформляется двумя документами в разделе «Поступление из переработки». Первый документ создаётся в закладке «Услуги» и отражает факт выполнения обязательств подрядчиком. В нём указывается список затрат по переработке.

Второй фиксирует получение готового товара и оформляется в закладке «Продукция». В этой таблице перечисляются произведённые товары и их стоимость. В разделе «Использованные материалы» указывается тип и количество использовавшихся полуфабрикатов. Если товар поставлен в день оказания услуги, допускается оформление всех процессов в одном документе.

Учёт давальческого сырья: проводки у переработчика

Переработчик оформляет заявку в 1C:УПП, создавая документ «Заказ покупателя». Если кроме давальческих полуфабрикатов использованы продукты собственного производства, в разделе «Учёт товаров» необходимо поставить отметку «Обособленный учёт товаров по заказам покупателей».

Так как поступившие полуфабрикаты остаются на балансе давальца, они учитываются на забалансовых счетах. Ведение всех операций с сырьём давальца проводится в привязке к заказу на обработку.

В таблице указывается поставщик, договор, дата, в которую давалец планирует оплатить работу подрядчика. В разделе «Продукция» приводится список товаров, которые будут произведены, их количество, цена производства. Когда полуфабрикаты получены подрядчиком, создаётся документ «Поступление товаров и услуг» с указанием действия «переработка».

Поступление материалов из переработки записывается в «Отчёте производства за смену». В документе указывается отправка продукции на склад, список потраченных материалов, распределение трат при производственном процессе. Отгрузка продукта со склада давальцу отображается в разделе «Передача продукции заказчику».

Конечный этап – подготовка документации для давальца. В разделе «Производство» необходимо открыть окно «Реализация услуг о переработке» и создать новый файл. В документе указываются данные давальца и подрядчика. В разделе «Продукция» приводят список товаров, количество, оплату производства, учёт доходов, себестоимость продаж, налог на добавленную стоимость.

Договор переработки давальческого сырья

Сделка об обработке давальческих материалов оформляется как договор подряда. Условия договора обсуждаются между собственником и подрядчиком. Обязательные пункты:

  • описание материалов, передаваемых на обработку;
  • сроки производства;
  • условия оплаты;
  • ответственность сторон;
  • порядок расторжения договора;
  • условия по отправке сырья и приёмке продукции.

В оформлении проводок при поставке полуфабрикатов подрядчику есть свои тонкости. Ведение документации на отправку сырья подрядчику идёт в соответствии Гражданским кодексом. Составляя договор, поставщик и контрагент руководствуются статьями 702, 703 Гражданского Кодекса РФ.

Оплата услуги производится деньгами, готовыми изделиями или полуфабрикатами. Условия оплаты зависят от решения сторон договора. В документе о поступлении товаров из переработки указывается сумма выплат фирме-переработчику.

Узнайте еще много нового:

учет документов для переработки сырья

У давальческих сделок есть много плюсов, а потому они весьма популярны. Передающая сторона (давалец) получает продукцию, не имея производственных мощностей. Переработчик увеличивает загрузку своего производства и занятость работников. При этом сторонам — резидентам Беларуси важно правильно такую сделку задокументировать.

Схема взаимоотношений сторон

Суть давальческой сделки можно отразить при помощи схемы:

Как видно, давальческая сделка подразумевает, что давалец предоставляет переработчику сырье, из которого тот производит готовую продукцию или которое обрабатывает (дорабатывает). Причем исходное сырье и конечный продукт принадлежат давальцу, а переработчик только выполняет работы по переработке. В этом и заключается особенность данных отношений (п. 1 ст. 221, п. 1 ст. 656, ст. 657, п. 1 ст. 658, п. 1 ст. 667 ГК).

Обратите внимание!
Законодательство не регламентирует, каким именно договором оформляется переработка давальческого сырья. По сути, отношения по переработке опосредуются договором подряда.

Давалец передает сырье в переработку. Какие документы составить

Передачу сырья на переработку давалец оформляет накладной: ТН или ТТН. Выбор документа зависит от способа перемещения давальческих материалов к переработчику. Так, если их доставляют автотранспортом, заполняется ТТН, если иным образом (например, по железной дороге или нарочным) — ТН (ч. 4 п. 1, ч. 4 п. 4 Инструкции N 58).

Стоимостные показатели в накладной отражают исходя из учетных цен давальческого сырья, залоговых или других — определенных условиями договора на переработку. Если же в договоре цены не указаны, давалец заполняет накладную исходя из учетных цен давальческого сырья, т.е. тех, по которым сырье числится у него в учете (ч. 3 п. 2, абз. 2 ч. 12 п. 3 Инструкции N 58).

Суммы НДС в накладной не указывают, поскольку передача сырья переработчику не признается объектом обложения данным налогом (отсутствует факт реализации). По этой же причине не составляют ЭСЧФ (п. 1 ст. 31, подп. 1.1 п. 1 ст. 115, п. 2 ст. 131 НК).

Обратите внимание!
При необходимости накладные заполняют в электронной форме.

Переработчик передает продукцию давальцу по завершении переработки. Как оформить

Сначала скажем пару слов о том, как переработчик документирует сам процесс переработки и получения продукции.

Так, отпуск давальческого сырья в цех и расходы, понесенные в процессе изготовления конечной продукции, оформляются по аналогии с собственным производством. К примеру:

— передача сырья — лимитно-заборной картой, требованием-накладной, иным документом, установленным для этих целей в учетной политике;

— начисление зарплаты — расчетной ведомостью или, скажем, ведомостью начисления заработной платы;

— общепроизводственные расходы, относящиеся к переработке, — соответствующей ведомостью распределения.

Если в процессе переработки образуются возвратные отходы, их приходуют по накладной, приемо-сдаточной накладной, акту оприходования или любому другому внутреннему документу (п. 47, 57 — 59 Инструкции N 133).

Выпуск из цеха изготовленной продукции тоже можно оформить документом, аналогичным тому, что используется при выпуске собственной продукции. Например, приемо-сдаточной накладной, приемным актом, планом-картой, ведомостью сдачи готовой продукции из производства на склад, реестром на сдачу готовой продукции, накладной на внутреннее перемещение либо другим документом, предусмотренным учетной политикой для этих целей (абз. 4 п. 4 ст. 9, п. 1 — 4 ст. 10 Закона N 57-З).

Теперь перейдем к оформлению документов, которыми переработчик должен оформить свои взаимоотношения с давальцем.

Переработав давальческое сырье и изготовив из него конечную продукцию, переработчик выполнил для давальца работы. Значит, на стоимость таких работ, определенную в договоре, нужно составить соответствующий акт сдачи-приемки работ или иной подобный документ. Причем такой документ должен быть двусторонним. И вот почему. Единолично оформлять документы можно лишь по публичному договору подряда, заключенному в письменной форме, когда в его тексте это прямо указано. Основной признак публичности договора — обязанность подрядчика исходя из характера своей деятельности выполнять работы в отношении каждого, кто к нему обратится, причем на одинаковых условиях. Однако характер деятельности переработчика редко дает возможность выполнить работы для каждого, кто к нему обратится. Зачастую договор на переработку давальческого сырья заключается не со всеми обратившимися, а лишь с некоторыми, причем для каждого на разных условиях. Как следствие, такой договор не является публичным, а значит, составить по нему акт сдачи-приемки работ или другой документ в одностороннем порядке нельзя (ст. 396, п. 1, 2 ст. 673 ГК; абз. 2 п. 1 постановления N 13).

Кроме того, если переработчик является плательщиком НДС по выполненным давальческим работам, на оборот по реализации создается и выставляется давальцу ЭСЧФ (ч. 1 п. 26 ст. 120, п. 4 ст. 131 НК).

Изготовленная продукция передается давальцу по типовой накладной ТН или ТТН (в зависимости от способа перемещения). Стоимостные показатели в ней переработчик вправе отражать по ценам, рассчитанным исходя из стоимости использованного давальческого сырья на единицу выпущенной продукции. Но только если иной порядок определения стоимости не прописан в договоре на переработку (ч. 3 п. 2, абз. 2 ч. 12 п. 3 Инструкции N 58).

Помимо продукции, переработчик может возвращать давальцу остатки неиспользованного сырья и принадлежащие последнему возвратные отходы. Если эти активы передаются одномоментно, то все сведения можно включить в одну накладную. Возвращаемое сырье показывают в накладной исходя из цен, по которым оно поступило переработчику. Отходы обычно отражают по ценам, согласованным в договоре на переработку. Но если их нет, то за основу можно взять стоимость давальческого сырья, заявленную давальцем при передаче сырья в обработку (ч. 3 п. 2, абз. 2 ч. 12 п. 3 Инструкции N 58).

Суммы НДС в такой накладной не указывают, так как передача давальцу продукции и возврат неиспользованного сырья и отходов не признаются объектом обложения НДС (нет факта реализации этих активов) (п. 1 ст. 31, подп. 1.1 п. 1 ст. 115, ч. 1 п. 26 ст. 120 НК).

Обратите внимание!
При необходимости накладные заполняют в электронной форме.

Наряду с актом выполненных работ и накладной на передачу ТМЦ переработчик представляет давальцу отчет о расходовании сырья. В нем обычно указывают наименование поступившего сырья, его количество, нормы расхода, фактический расход, остатки после переработки, отходы (при наличии). Нелишним будет отразить и соответствующие стоимостные показатели. Отметим, что форму отчета переработчик разрабатывает самостоятельно, поскольку законодательством таковая не установлена. При желании стороны могут зафиксировать ее в договоре на переработку (подп. 2 п. 1 ст. 667 ГК).

В оплату переработки передаются продукция, остатки сырья, возвратные отходы. Что с документами

Иногда по договоренности сторон давалец в счет оплаты работ не перечисляет деньги переработчику, а передает в зачет продукцию, остатки неиспользованных материалов или принадлежащие ему отходы (ст. 381, подп. 3 п. 1 ст. 667 ГК). В таком случае давалец реализует активы, а переработчик их приобретает.

В случае когда давалец оставляет переработчику в счет оплаты работ часть продукции или отходов, составляются следующие документы. Сначала на эту часть переработчик оформляет ТН для давальца, чтобы тот мог принять активы на учет. Затем давалец выписывает переработчику ТН на реализацию указанных активов по согласованным ценам, и на основании этой накладной переработчик приходует их на баланс как собственные активы. Если же в счет оплаты за работу стороны договариваются зачесть остатки неиспользованного сырья, то, полагаем, давалец просто выписывает ТН на реализацию и переработчик принимает сырье на баланс (ч. 5, 6, 7 п. 1 Инструкции N 58).

В накладных на реализацию продукции, остатков сырья, возвратных отходов давалец выделяет НДС, если, конечно, является плательщиком этого налога. Кроме того, он выставляет в адрес переработчика ЭСЧФ (подп. 1.1 п. 1 ст. 115, подп. 2.1 п. 2, п. 4 ст. 131 НК).

Читайте этот материал в ilex >>*
* по ссылке Вы попадете в платный контент сервиса ilex

Учет давальческих операций в Украине

Операция с давальческим сырьем – это переработка (обработка, обогащение или использование) давальческого сырья для получения готовой продукции за соответствующую плату (пп. 14.1.134 НК). При этом сырье заказчика на конкретном этапе его переработки должно составлять не менее 20 % общей стоимости готовой продукции.

К давальческому сырью относятся материалы, полуфабрикаты, комплектующие изделия, энергоносители, которые являются собственностью заказчика и передаются исполнителю для производства готовой продукции. Готовая продукция (ее часть) возвращается собственнику или по его поручению другому лицу (пп. 14.1.41 НК). То есть основным признаком договора о переработке давальческого сырья является то, что и сырье, и готовая продукция являются собственностью заказчика.

Операции в рамках договора о переработке давальческого сырья учитываются у заказчика как производство продукции, а у переработчика – как услуга по переработке давальческого сырья.

Переработка сырья оплачивается готовой продукцией

Пример 1

Согласно договору о переработке давальческого сырья заказчик передает исполнителю сырье (материалы) стоимостью 700 000 грн. Стоимость услуг по переработке – 60 000 грн (в т. ч. НДС – 10 000 грн). В качестве оплаты услуг заказчик предоставляет исполнителю готовую продукцию на общую сумму 60 000 грн (в т. ч. НДС – 10 000 грн).

В учете сторон эти операции отражаются так:

(грн)

№ п/п

Содержание операции

Первичные документы

Бухгалтерский учет

Дт

Кт

Сумма

1

2

3

4

5

6

Учет у заказчика

1

Передано сырье исполнителю*

Акт приемки-передачи сырья

206*

201

700 000

2

Отнесена на расходы стоимость переработки

Акт выполненных работ, акт приемки-передачи готовой продукции

23

631

50 000

3

Списана на стоимость готовой продукции:

– стоимость давальческого сырья

 26**

 206

 700 000

– стоимость переработки

26**

23

50 000

4

Отражен налоговый кредит по НДС***

Налоговая накладная (далее – НН)

641

631

10 000

5

Отгружена часть готовой продукции в качестве платы исполнителю за переработку

Накладная, акт приемки-передачи

361

701

60 000

6

Отражены налоговые обязательства по НДС****

НН

701

641

10 000

* Право собственности на давальческое сырье от заказчика к исполнителю не переходит, а значит, ни передача сырья исполнителю, ни возврат заказчику готовой продукции не приводят к возникновению объекта обложения НДС (пп.
114.1.41, 14.1.191, п. 185.1 НК). При этом сырье продолжает числиться в учете заказчика по дебету субсчета 206 «Материалы в переработке».
** По дебету счета
26 «Готовая продукция» отражается стоимость готовой и побочной продукции (если она подлежит реализации). Если побочная продукция будет использоваться в хоздеятельности заказчика, то она приходуется на счет 20 «Производственные запасы» по цене ее возможной реализации либо по цене использования в собственном производстве. При этом на ее стоимость уменьшается стоимость основной готовой продукции.
*** У заказчика возникает налоговый кредит на дату оформления акта оказанных услуг по переработке. Основанием для отражения налогового кредита является НН, зарегистрированная исполнителем в ЕРНН.
**** Поскольку услуги по переработке оплачиваются готовой продукцией, на дату передачи исполнителю сырья или готовой продукции у заказчика возникают налоговые обязательства.

7

Списана себестоимость реализованной готовой продукции

Регистры бухучета

901

26

50 000

8

Отражен зачет задолженностей по бартерной операции

631

361

60 000

9

Списан на финансовый результат:

– доход от реализации

 701

 791

 50 000

– себестоимость реализованной готовой продукции

791

901

50 000

Учет у исполнителя

1

Получено сырье для переработки

Акт приемки-передачи сырья

0221*

700 000

2

Передано сырье в производство

Накладная на отпуск материалов

0222*

0221

700 000

3

Отражены прямые производственные расходы на переработку сырья и распределены общепроизводственные расходы

Ведомость расчета амортизации, накладные, ведомость начисления зарплаты

23

13, 20, 66, 65, 91

32 000

4

Выполнены работы по переработке сырья

Акт выполненных работ, акт приемки-передачи готовой продукции

361

703

60 000

5

Списано с забалансового субсчета давальческое сырье

0222

700 000

* Стоимость давальческого сырья отражается у переработчика на забалансовом субсчете
022 «Материалы, принятые для переработки». Исключением является сырье, полученное переработчиком в качестве оплаты услуги по переработке. Для отражения движения сырья и учета готовой продукции можно открыть субсчета второго порядка, например 0221 «Давальческое сырье на складе», 0222 «Давальческое сырье в переработке».

6

Отражены налоговые обязательства по НДС*

НН

703

641

10 000

7

Списана себестоимость выполненных работ

Регистры бухучета

903

23

32 000

8

Отнесены на финансовый результат:

– доход от выполненных работ

Регистры бухучета

 703

 791

 50 000

– себестоимость выполненных работ

791

903

32 000

9

Получена готовая продукция в оплату работ

Акт приемки-передачи готовой продукции

281

631

50 000

10

Отражен налоговый кредит по НДС

НН

641

631

10 000

11

Отражен взаимозачет по бартерной операции

Регистры бухучета

631

361

60 000

* У исполнителя объектом обложения НДС является стоимость услуги по переработке сырья (пп.
14.1.185, п. 185.1 НК). Налоговые обязательства в нашей ситуации начисляются по ставке 20 % на дату оформления акта – первого события. На эту дату исполнитель должен оформить НН и зарегистрировать ее в ЕРНН.
Имейте в виду! В НН указывается код услуги согласно ДКПП 016:2010, а не код полученного для переработки сырья, поскольку согласно договору исполнитель оказывает услуги по переработке сырья. Искать код следует в том же разделе (группе, подгруппе), что и коды продукции, которая перерабатывается. Например, услуги швейного предприятия по пошиву рабочей одежды из давальческого сырья заказчика можно найти с кодом 14.12.9 «Работы субподрядные как часть производства рабочей одежды».

Переработка сырья оплачивается денежными средствами

Пример 2

Согласно договору о переработке давальческого сырья предприятие-заказчик передает предприятию-переработчику сырье для изготовления продукции стоимостью 900 000 грн. Стоимость услуг по переработке сырья – 120 000 грн (в т. ч. НДС – 12 000 грн), а их себестоимость – 57 000 грн. По договору оплата услуг производится денежными средствами.

Учет этих операций стороны ведут так:

(грн)

№ п/п

Содержание операции

Первичные документы

Бухгалтерский учет

Дт

Кт

Сумма

1

2

3

4

5

6

Учет у заказчика

1

Передано сырье исполнителю

Акт приемки-передачи сырья

206

201

900 000

2

Отнесена на расходы стоимость переработки (подписан акт выполненных работ)

Акт выполненных работ, акт приемки-передачи готовой продукции

23

631

100 000

3

Списана на стоимость готовой продукции:

– стоимость давальческого сырья

 26

 206

 900 000

– стоимость переработки

26

23

100 000

4

Отражен налоговый кредит по НДС

НН

641

631

20 000

5

Перечислена плата за услуги переработки

Выписка банка

631

311

120 000

Учет у исполнителя

1

Получено сырье для переработки

Акт приемки-передачи сырья

0221

900 000

2

Передано сырье в производство

Накладная на отпуск материалов

0222

0221

900 000

3

Отражены прямые производственные расходы на переработку сырья и распределены общепроизводственные расходы

Ведомость расчета амортизации, накладные, ведомость начисления зарплаты

23

13, 20, 66, 65, 91

57 000

4

Выполнены работы по переработке сырья

Акт выполненных работ, акт приемки-передачи готовой продукции

361

703

120 000

5

Списано с забалансового субсчета давальческое сырье

0222

900 000

6

Списана себестоимость выполненных работ

903

23

57 000

7

Отражены налоговые обязательства по НДС

НН

703

641

20 000

8

Отнесены на финансовый результат:

– доход от выполненных работ

Регистры бухучета

 703

 791

 100 000

– себестоимость выполненных работ

791

903

57 000

9

Получена плата за услуги по переработке

Выписка банка

311

361

120 000

Источник: Практическое руководство № 1-2, 2021.

Руководство по управлению запасами сырья (2022 г.) — Katana

Вот исчерпывающее руководство по управлению запасами сырья для амбициозных производителей и владельцев масштабных компаний, которые хотят лучше понять, как обращаться со своими запасами.

Это руководство применимо к производителям всех мастей и показывает вам, как ваше управление запасами сырья должно меняться по мере роста вашего бизнеса. К концу статьи вы полностью поймете, что такое определение сырья, как им управлять и как рассчитывать используемое сырье. Итак, без лишних слов, вот все, что вам нужно знать об управлении запасами сырья, чтобы вывести свой бизнес на новый уровень.

Инвентаризация сырья — все, что вам нужно знать:

  1. Что такое управление запасами сырья?
  2. Как рассчитать инвентарную стоимость сырья
  3. Как рассчитать стоимость сырья при средневзвешенной стоимости
  4. Лучшие методы управления запасами сырья
  5. Сколько энергии необходимо для управления запасами сырья
  6. Почему управление запасами сырья жизненно важно для растущих производителей
  7. Преодоление проблем с управлением данными о сырье
  8. Используйте интеллектуальное программное обеспечение для управления запасами сырья

Что такое управление запасами сырья?

Запасы сырья — это общая стоимость компонентов, сборочных узлов и расходных материалов производителя, находящихся в настоящее время на складе, которые не использовались для производства. Это определение сырья, и существует два типа сырья, которое используется для изготовления конечного продукта:

  • прямые материалы (DM)
  • непрямые материалы (IM)

Прямые материалы

Компоненты, которые являются частью вашего конечного продукта. Например, прямыми материалами являются кожа, используемая для изготовления кожаных сумок, шелк, используемый для изготовления шелковых шарфов, и древесина, используемая для изготовления деревянных обеденных столов.

Косвенные материалы

Компоненты, которые не являются частью конечного продукта, но потребляются в процессе производства. Примерами непрямых материалов являются клей, масло, чистящие средства, одноразовые инструменты, лампочки и т. д.

Управление запасами сырья

Управление производственными запасами — это процесс, которому вы или ваши менеджеры будете следовать, чтобы обеспечить наличие достаточного запаса, от прямых материалов до непрямых материалов, для поддержания производства.

По мере увеличения ваших заказов вы можете заказать тонну дополнительных материалов, предполагая, что чем больше страховой запас у вас есть, тем лучше.

Представьте, что ваш запас сырья  был сырой продукцией в супермаркете. Запасаться до следующего Рождества может быть плохим решением, так как запасы могут истечь или привести к дополнительным расходам на хранение. Не просто маленькая ошибка, а та, которая может означать «мат» для бизнеса.

Все это увеличит ваши производственные затраты.

Сырье может не портиться, как продукты из супермаркета, но результат хранения больших запасов сырья одинаков. Вот почему важно понимать ценность вашего сырья и спрос со стороны ваших клиентов.

Как рассчитать инвентарную стоимость сырья

Независимо от размера производственного цеха производители должны будут вести учет своего сырья, поставок и готовой продукции.

Для этого вам необходимо определить конечную стоимость запасов в конце каждого периода. А для этого вам необходимо прибавить количество произведенных вами единиц и закупленного вами сырья в течение периода к количеству единиц на начало периода. С учетом сказанного, вот формула запасов сырья, которая поможет вам рассчитать это.

И вот, у вас есть это, оставшееся значение уровня формулы запасов сырья составляет 135 долларов .

Относительно простая формула инвентаризации сырья, которой следует следовать при расчете стоимости вашего сырья. Однако как насчет тех из вас, кто использует разные материалы или даже производит продукцию по разным ценам? Может быть сложно рассчитать стоимость каждого отдельного элемента.

В этом случае для оценки стоимости сырья лучше всего использовать метод взвешенной инвентаризации.

Как рассчитать стоимость сырья с помощью средневзвешенной стоимости

Оценка стоимости сырья по методу взвешенной инвентаризации может быть сложной задачей. Итак, давайте представим, что вы продаете два продукта, А и Б:

  • Продукт А стоит 4 доллара и продается со скоростью 80%
  • Продукт B стоит 2 доллара и продается по ставке 20%

Формула для этого сценария будет выглядеть следующим образом:

(4 х 0,8) + (2 х 0,2) = 3,60

Если использование формулы взвешенного запаса сырья кажется пугающим, на рынке доступны автоматизированные решения. Они помогут вам в управлении запасами сырья и автоматически рассчитают для вас взвешенную стоимость запасов.

 

Лучшие методы управления запасами сырья

Не зацикливайтесь на «незавершенном производстве».

Обычно компании начинают с отслеживания запасов готовой продукции, затем внедряют базовое управление запасами сырья, а затем более сложное управление незавершенным производством.

Мы настоятельно рекомендуем не пытаться сразу перейти к последнему.

Хотя надлежащее управление запасами имеет большие преимущества, оно также имеет свою цену — затраты времени и ресурсов на поддержание его работоспособности и актуальности. Таким образом, если возможно, начните с базового управления запасами сырья и не пытайтесь сразу отслеживать различные этапы производства.

Просто подведите итоги вашего сырья и готовой продукции.

Лучше иметь что-то простое, которое хорошо работает, чем что-то сложное, что не работает вообще. Сохраняйте компактность и усложняйте управление запасами сырья только в том случае, если существует явная потребность в бизнесе.

Обновление страхового запаса и точек уровня повторного заказа

Страховой запас описывает количество запасов, которое компания хранит на складе для защиты от  всплесков спроса  или  дефицит в поставках .

Хорошая точка повторного заказа гарантирует, что ваш бизнес, как правило, не опустится ниже уровня резервных запасов. Большинство производителей используют некоторые принципы минимальных запасов сырья, используемого в производстве. Производители часто не в состоянии рассчитать регулярно используемое сырье. В результате эти уровни запасов сырья не обновляются.

Все перечисленные ниже события должны вызвать корректировку:

  • Значительное изменение объема продаж
  • Основные изменения в сроках поставки
  • Изменение объемов производства

Кроме того, не забудьте скорректировать страховой запас и количество баллов для повторного заказа, чтобы учесть сезонные изменения, например, предстоящие праздники.

Поддержание этих уровней в актуальном состоянии гарантирует, что на вашем складе всегда будет нужное количество сырья, чтобы у вас не было слишком много денег.

Не пытайтесь поместить все материалы в производственные рецепты (ведомость материалов)

Наличие надлежащего управления запасами сырья не означает, что вы должны отслеживать каждый материал, потребляемый в вашем производстве.

Например, в процессе производства может потребляться несколько непрямых материалов (гвозди, шурупы, пуговицы и т. д.), которые не требуют больших затрат и обычно приобретаются коробками в больших объемах. Часто имеет смысл не включать такие материалы в ведомость материалов. Вместо этого оценивайте их в момент покупки и не пытайтесь отслеживать каждую единицу, израсходованную в производстве.

Очень важно иметь запас дорогостоящего сырья для производственного рецепта, чтобы вы заранее знали, является ли этот продукт прибыльным. Не тратьте часы, экономя копейки. Сосредоточьтесь на том, что оказывает большее влияние на вашу прибыль.

Используйте стандартные метрики, чтобы узнать, что работает для вас

Ваш бизнес уникален, и то, что работает для одного бизнеса, может не работать для другого.

Основными руководящими принципами этого являются простота, прямота и свобода. Нет догматической верности одной технике. Это ключ к преодолению любой сложной ситуации для вашего производственного бизнеса. Возьмите то, что работает, и выбросьте все остальное.

Ключевым моментом для вас является использование всех имеющихся в вашем распоряжении инструментов, чтобы сформировать свой уникальный стиль производства. Вы можете найти секретную формулу для оптимальной игры с запасами сырья. Вот как современный бизнес может подняться на вершину.

Сколько энергии необходимо для управления запасами сырья

Теперь вы знаете, что такое определение сырья. Сколько жира вам нужно добавить в сырье?

Вы слышали о принципе Парето? Знаменитое правило 80/20 заключается в том, что 80 % результатов, которые вы получаете, связаны с 20 % входных данных. Вы можете работать до потери пульса 100 часов в неделю, но только 20 из этих часов принесут большую часть ваших результатов.

Более того, 20 % того, что вы узнали об управлении запасами сырья, используется в 80 % ваших операций. И угадайте, что? Эти 20% — проверенные и проверенные основы, лежащие в основе управления запасами. Получите правильную основу, а остальное приложится. В большинстве дисциплин есть базовый набор принципов, которые помогут вам стать лучшими в игре, если вы потратите время на их освоение.

Вы тратите слишком много времени на инвентаризацию только для того, чтобы обнаружить, что ошибки все еще случаются?

Возможно, использование непрерывной инвентаризации будет лучшим решением для управления запасами. Подсчитайте, сколько вы ежемесячно платите за каждый квадратный фут запасов. Вы можете принять принципы производства точно в срок (JIT).

На данном этапе мы рекомендуем не использовать 100% JIT.

Узнайте, какой запас сырья у вас завалялся дольше всего, и спросите себя — зачем он здесь? Сохраняя меньший запас, ваш коэффициент оборачиваемости запасов (IRT) должен быть увеличен. Нет необходимости хранить сырье в течение нескольких месяцев подряд.

Если ваш IRT низкий, вы можете ежемесячно терять значительную сумму денег на текущих расходах.

Ваши расходы превышают ваши доходы?

Рассчитайте себестоимость проданных товаров (COGS) и подсчитайте, как сырье, используемое в производстве, влияет на вашу прибыль. Электронные таблицы хороши для расчета оборота. Но это не учитывает все ваши затраты.

Специализированное программное обеспечение поможет вам рассчитать фактическую рентабельность, поскольку оно предназначено для охвата всех аспектов вашего производственного бизнеса.

Почему управление запасами сырья жизненно важно для растущих производителей

Представьте, что вы собираетесь в кругосветное путешествие.

Можно взять два больших чемодана с одеждой на любую погоду. Вы можете думать, что вы умны, потому что готовы к любым неожиданностям, но на самом деле это утяжеляет вас и требует больших затрат на транспортировку.

Сравните это с одним рюкзаком.

Деньги, сэкономленные на оплате багажа, можно использовать для покупки того, что вам нужно, по мере необходимости. Вы можете бежать за автобусом в кратчайшие сроки, и люди охотнее вас подвозят. Первый вариант кажется менее рискованным, но прогресс настолько медленный, что в целом он менее эффективен.

Второй вариант — путь к успеху.

Ты не сложил все яйца в одну корзину. Вы можете изменить направление в любой момент и выбрать маршрут, который имеет больше смысла.

То же самое касается хранения запасов сырья.

То, что вы считали благом для своего бизнеса, на самом деле могло его отягощать. Возьмите на себя управление запасами сырья и наблюдайте, как управлять вашим бизнесом становится намного проще. Сырье – это источник жизненной силы вашего бизнеса.

И так же, как и тело, оно должно течь туда, куда нужно, в нужном количестве.

Слишком много может быть так же опасно, как и слишком мало. В широком смысле, как масштабирующий производитель, вы обычно имеете дело с тремя различными типами запасов:

  • Запасы сырья
  • Незавершенное производство
  • Готовая продукция

Среднее время, в течение которого бизнес фокусируется на каждом типе изменений запасов на разных этапах жизни бизнеса.

На этапе стартапа компании больше внимания уделяют готовой продукции. Это имеет большой смысл, поскольку доставка продуктов клиентам является главным приоритетом. Вы должны сделать себе имя, и ваш продукт — это все.

Это не значит, что это не всегда является приоритетом, просто малый бизнес не должен уделять много внимания управлению запасами сырья на данном этапе.

Со временем и по мере роста бизнеса владелец может сместить свое внимание на производство и управление запасами малого бизнеса. То, что когда-то едва ли беспокоило владельца бизнеса, становится для него главным. 24 часа в сутки, семь дней в неделю.

Кажется, управление запасами захватывает их жизнь.

Владелец бизнеса, возможно, тратит больше времени, чем когда-либо, на управление своими запасами сырья, и ему нечего показать. Накопляется все больше сырья, которого, по-видимому, достаточно, чтобы хватить на любое непредвиденное событие. Это увеличивает расходы на инвентарь в вашем балансовом отчете.

Не говоря уже о количестве человеко-часов, потраченных на отслеживание всего этого.

Прежде чем вы это узнаете, вы тратите больше, чем когда-либо, чтобы продать одну единицу продукта. Ваш бизнес больше. Это может быть даже выгоднее. Но если ваши накладные расходы уничтожают большую часть вашего дохода, то зачем вы все это делаете?

Ниже приведены наши основные рекомендации по управлению сырьем и планированию.

Используйте эти знания с умом, и вы увидите, как ваш завод станет лучше, быстрее и сильнее. Он станет закаленным в боях, как воин-самурай.

Преодоление проблем с управлением данными о сырье

Как вы, вероятно, уже поняли из этой статьи, практика управления запасами твердого сырья может быть трудной задачей.

Итак, прежде чем мы перейдем к лучшему решению для обработки вашего сырья, вот некоторые вещи, которые вам необходимо принять во внимание при улучшении управления запасами сырья:

Планирование и прогнозирование

Улучшение управления запасами сырья — это одно, но наличие динамической системы управления, учитывающей планирование спроса, поможет вам всегда поддерживать идеальный уровень запасов.

Управление на основе данных

Наличие нужного количества сырья, когда оно вам нужно, возможно только путем сбора данных о ваших продажах, производственных линиях и других точках вашей цепочки поставок. Это можно сделать с помощью неэффективных электронных таблиц. Однако постоянное обновление вручную может быть затруднено.

Расчет себестоимости

Возможно, вы знаете, как рассчитать стоимость вашего сырья, но это не означает, что у вас есть точные калькуляции затрат на производство вашей продукции.

Другие расходы, которые необходимо отслеживать, включают в себя расходы на сырье, производственные накладные расходы и рабочую силу, используемую в производстве. Из-за различных факторов эти затраты часто меняются (это означает, что предметы в вашем инвентаре не имеют такой же ценности, как другие). Отслеживание этих расходов в одиночку будет чрезвычайно трудоемким и сложным.

Вот почему многие производители обращаются к производственному программному обеспечению ERP, чтобы автоматизировать и отслеживать свое программное обеспечение для управления сырьевыми запасами.

Используйте интеллектуальное программное обеспечение для управления запасами сырья

У вас может быть лучший управленческий ум в мире.

Ваши отраслевые знания могут быть непревзойденными. Но если у вас нет нужных инструментов, ваш бизнес все еще может быть мертвым. Управление запасами сырья в масштабируемом производственном бизнесе без специального программного обеспечения будет непростой задачей.

Использование неспециализированного программного обеспечения или бумажного метода похоже на использование хрупкого тренировочного меча. Вы можете отразить несколько ударов, но в конце концов ваш клинок сломается. Но просто иметь программное обеспечение — это все равно, что иметь лучший в мире меч и не иметь никаких навыков.

Вы все равно будете побеждены и побеждены.

Однако многие производители продают через платформы электронной коммерции (наиболее популярной платформой является Shopify). Важно найти систему, которая поможет вам в управлении запасами Shopify и организации вашего бизнеса, включая продажи, управление цепочками поставок и производство.

Но, независимо от вашего выбора, вам придется сочетать лучшие инструменты с лучшими знаниями.

Вы можете применить вышеизложенные знания при использовании электронной таблицы, но вы рискуете, что это будет эффективно только на 20%. Вам может быть интересно, как производство программного обеспечения ERP снижает уровень запасов?

Это достигается за счет:

  • Быстрая доставка незавершенных работ заказчику
  • Расчет используемого сырья для настройки оптимальных точек повторного заказа
  • Автоматизация повторяющихся задач, чтобы вам не надоело считать кнопки

 

Это не просто ERP-система.

Производственное программное обеспечение Katana ERP — не позволяйте затратам на содержание запасов сырья снижать вашу прибыль. Попробуйте бесплатное комплексное управление запасами сырья, которое снизит ваши расходы. Катана 14-дневная бесплатная пробная версия.

3. Производство: материалы и обработка

Страница 65 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

Материалы как область чаще всего представлены керамикой, металлами и полимерами. В то время как отмеченные улучшения произошли в области керамики и металлов, именно в области полимеров произошел взрывной рост. Полимеры превратились из дешевых заменителей натуральных продуктов в высококачественные варианты для широкого спектра применений. В ближайшие годы можно ожидать дальнейших достижений и прорывов, поддерживающих экономику.

Полимеры получают из нефти, и их низкая стоимость коренится в изобилии сырья, в изобретательности инженеров-химиков, разработавших процессы производства, и в экономии за счет увеличения масштабов использования. Менее 5 процентов барреля нефти используется для полимеров, и, таким образом, нефть, вероятно, останется основным сырьем на неопределенное будущее. Полимеры составляют часть потребительской базы нефтяных компаний с высокой добавленной стоимостью и привели к усилению международной конкуренции в производстве товарных материалов, а также конструкционных термопластов и специальных полимеров.

В настоящее время полимеры производятся в большом количестве и разнообразии. Полимеры используются в качестве пленочной упаковки, твердых формованных форм для деталей кузова автомобилей и корпусов телевизоров, композитов для клюшек для гольфа и деталей самолетов (планер и интерьер), пенопластов для кофейных чашек и изоляции холодильников, волокон для одежды и ковров, клеев для крепления. что угодно, резина для шин и труб, краски и другие покрытия для украшения и продления срока службы других материалов, а также множество других применений. Наш современный мир невозможно представить без повсеместного присутствия полимерных материалов. Полимеры стали

Страница 66 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

— неотъемлемая часть нашего общества, выполняющая сложные функции, улучшающие качество нашей жизни.

Уникальные и ценные свойства полимеров обусловлены молекулярным составом их длинных цепей и обработкой, которая выполняется при производстве продуктов. Как состав (включая химический состав, размер молекулы, разветвленность и сшивку), так и обработка (влияющая на поток и ориентацию) имеют решающее значение для предполагаемых свойств конечного продукта. В этой главе рассматриваются различные классы полимерных материалов и технические факторы, влияющие на их полезность. Несмотря на впечатляющие успехи, достигнутые в последние годы, все еще есть возможности для дальнейшего прогресса, и отказ от участия в этом развитии отбросит Соединенные Штаты как нацию второго сорта.

МАТЕРИАЛЫ

Конструкционные полимеры

Известные категории материалов, называемые пластиками, волокнами, каучуками и клеями, состоят из разнообразных синтетических и природных полимеров. Полезно рассматривать эти типы материалов вместе под общей рубрикой конструкционных полимеров, потому что макроскопическое механическое поведение является, по крайней мере, частью их функции. По сравнению с классическими конструкционными материалами, такими как металлы, нынешнее использование представляет собой значительное расширение термина. Как показано в Таблице 3.1, на искусственные пластмассы, волокна и каучук в США приходилось около 71 миллиарда фунтов стерлингов в 1919 году.92 ( Chemical & Engineering News , 1993), а за последние 20 лет производство утроилось. Цена, которую получает оригинальный производитель, колеблется примерно от 0,50 до нескольких долларов за фунт, в зависимости от материала. При цене 20 долларов за баррель сырая нефть стоит около 0,06 доллара за фунт, поэтому переход на полимеры представляет собой значительную добавленную стоимость. Поскольку эти материалы проходят несколько этапов производства, прежде чем попасть к конечному потребителю, их конечное влияние на национальную экономику измеряется сотнями миллиардов долларов в год.

ТАБЛИЦА 3.1 Производство некоторых искусственных конструкционных полимеров в США, 1992 г.

 

Фунтов (миллиардов)

Пластик

57,6

Волокна

9. 1

Резина

4,2

 

ИСТОЧНИК: Данные из Chemical & Engineering News (1993), p. 44.

Страница 67 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

Эти материалы имеют множество различных химических и физических форм, таких как сшитые и несшитые, кристаллические и аморфные, эластичные и стекловидные. Совсем недавно стали важными структурные полимеры, имеющие жидкокристаллический порядок. Конструкционные полимеры редко используются в чистом виде, но часто содержат добавки в небольших количествах, такие как антиоксиданты, стабилизаторы, смазочные материалы, технологические добавки, зародышеобразователи, красители и антистатики или, в больших количествах, пластификаторы или наполнители. Быстрый рост наблюдается в области смесей и композитов. В композитах материал фиксированной формы, такой как частицы (наполнитель) или волокна, диспергирован в полимерной матрице. Наполнитель или волокно могут представлять собой неорганический материал или другой органический полимер. Смеси (или сплавы), с другой стороны, состоят из двух или более полимеров, смешанных вместе, и отличаются от композитов тем, что геометрия фаз не определяется заранее до обработки. Некоторые полимеры используются для самых разных целей. Хорошим примером является полиэтилентерефталат или ПЭТ, который первоначально был разработан как текстильное волокно. В настоящее время он используется в пленке и ленте (практически вся магнитная записывающая лента основана на ПЭТФ), в качестве формовочного материала и в качестве матрицы для стеклонаполненных композитов. Одним из его самых больших применений является изготовление бутылок, особенно для безалкогольных напитков. ПЭТ также используется в смесях с другими полимерами, такими как поликарбонат.

Пластмассы

Слово «пластик» часто используется в широком смысле как синоним «полимера», но значение «полимера» основано на размере молекулы, тогда как «пластик» определяется с точки зрения деформируемости. Пластмассы представляют собой полимерные материалы, которым придают различные трехмерные формы, часто путем литья или экструзии расплава.Они сохраняют свою форму при снятии деформирующих сил, в отличие от некоторых других полимеров, таких как эластомеры, которые возвращаются к своей первоначальной форме. Пластмассы обычно классифицируют как термопласты или термореактивные материалы, в зависимости от их поведения при термической обработке.

Термопласты

Термопласты — это полимеры, которые размягчаются и текут при нагревании и снова становятся твердыми при охлаждении. Этот цикл может повторяться много раз, что делает возможной повторную обработку во время производства или переработку после использования потребителем с использованием технологий производства тепла, таких как экструзия или формование. Полимерные цепи в термопластах являются линейными или разветвленными и не становятся сшитыми, как в случае термореактивных материалов. Хотя существует множество различных химических типов термопластов, на долю тех, которые состоят только из четырех мономеров (этилена, пропилена, стирола и винилхлорида), приходится около 90 процентов всех термопластов, произведенных в США (рис. 3.1). Из этих четырех типов в последние годы наиболее быстро растет производство полипропилена — за последние два десятилетия его производство увеличилось в восемь раз. Термопластичные полиэфиры, прежде всего ПЭТ, в настоящее время растут еще более быстрыми темпами (в основном за счет

Страница 68 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

РИСУНОК 3.1 Производство термопластов в США по типам, 1990 г. ИСТОЧНИК: Перепечатано с разрешения Chemical & Engineering News (1991), p. 54. Copyright © 1991 Американского химического общества.

упаковки), при этом текущие продажи составляют почти четверть продаж полипропилена. Ожидается, что в долгосрочной перспективе большинство товарных термопластов будут следовать своему традиционному росту (9).0301 Chemical & Engineering News , 1992), с постоянными возможностями для инноваций как процессов, так и продуктов. Дальнейшая деятельность будет сосредоточена на переработке отходов. В случае ПЭТ переработка может осуществляться путем химической деполимеризации в мономеры или олигомеры с последующей реполимеризацией в ПЭТ или другие продукты. Такие процессы в настоящее время используются для продуктов, которые вступают в контакт с пищевыми продуктами, в то время как простая переработка используется для менее критичных продуктов.

Так называемые инженерные термопласты, которые включают в себя высокоэффективные и более дорогие полимеры, такие как полиацетали, поликарбонаты, найлоны, сложные полиэфиры, полисульфоны, полиэфиримиды, некоторые акрилонитрилбутадиенстирольные (АБС) материалы и т. более сильный рост, чем товарный пластик (см. Таблицу 3.2). Эти материалы, как правило, обладают большей термостойкостью и лучшими механическими свойствами, чем менее дорогие термопласты, и, следовательно, используются в более требовательных приложениях, таких как самолеты, автомобили и бытовая техника. Основное направление развития

Страница 69 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

ТАБЛИЦА 3.2 Фунты отдельных промышленных термопластов большого объема, проданных в США, 1981 и 1991 гг.

 

Фунтов (миллионов)

Процентное увеличение

 

1981

1991

С 1981 г.

Термопластичные полиэфиры

1 230

2 550

107

Акрилонитрилбутадиенстирол

968

1 130

17

Нейлон

286

556

94

Поликарбонат

242

601

148

Сплавы на основе поли(фениленоксида)

132

195

48

Полиацеталь

88

140

59

 

ИСТОЧНИК: Данные Modern Plastics (1982, 1992).

новые смеси или сплавы конструкционных пластмасс, предназначенные для продуктов специального назначения и обычно достаточно прочные и химически стойкие. (Область смесей и сплавов рассматривается ниже отдельно.) Новые продукты и достижения в процессах стали результатом полимеризации циклических олигомеров с раскрытием цикла; например, особого внимания заслуживают новые разработки в области поликарбонатов. Можно ожидать появления других новых продуктов на основе сополимеров, и в настоящее время разрабатываются совершенно новые полимеры.

Еще одна категория, которую иногда называют высокопроизводительными инженерными термопластами, требует еще более высоких цен за еще более высокие уровни производительности. К ним относятся высокоароматические полимеры, такие как поли(фениленсульфид), несколько новых полиамидов, полисульфоны и полиэфиркетоны. В этом секторе преобладала разработка новых молекулярных структур. Полимерные цепи с довольно жесткими остовами имеют жидкокристаллический порядок, который обеспечивает уникальные структурные свойства, как описано ниже.

На рис. 3.2 показаны основные категории использования термопластов. Приблизительно одна треть используется в упаковке, прежде всего в таре и пленке. В данных на рис. 3.2 преобладает огромный объем пяти или около того товарных термопластов; следовательно, продукты с большей ценностью, основанные на технике или передовых термопластах, не появляются в истинной пропорции к их вкладу в национальную экономику.

Чтобы понять разнообразие продуктов и возможных возможностей, полезно рассмотреть разработки, которые произошли в области термопластов на основе этилена, одного из самых простых мономеров. Коммерческое производство полиэтилена началось в Англии в начале 19 века.40 с использованием свободнорадикального процесса, работающего при очень высоком давлении (от 30 000 до 50 000 фунтов на квадратный дюйм). Структура оказалась гораздо более сложной, чем можно было бы предположить из простой повторяющейся единицы из учебника –CH 2 CH 2 – (рис. 3.3). В позвоночнике имеются короткоцепочечные и длинноцепочечные ответвления. Ответвления с короткой цепью, обычно длиной в четыре атома углерода, мешают способности

Страница 70 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

РИСУНОК 3.2 Категории использования термопластов в США, 1990 г. ИСТОЧНИК: Перепечатано с разрешения Chemical & Engineering News (1991), с. 56. Copyright © 1991 Американского химического общества.

цепи кристаллизуются, что влияет на свойства в твердом состоянии, в то время как длинноцепочечные ответвления (сопоставимые по длине с самой основной цепью) в основном влияют на реологические свойства расплава или свойства текучести, которые влияют на поведение при переработке. Поскольку ответвления с короткой цепью снижают кристалличность и, следовательно, плотность, этот материал называют полиэтиленом низкой плотности (LDPE). В конце 1950-х годов в результате достижений в области катализа координационной полимеризации была разработана линейная или неразветвленная форма полиэтилена. Случайная находка К. Циглера в начале 19 в.50-е годы в Институте Макса Планка в Мюльхайме, Германия, привели к принципиально новому подходу к полиолефинам. Было обнаружено, что комплексы переходных металлов могут катализировать полимеризацию этилена в мягких условиях с образованием линейных цепей с более контролируемой структурой. В результате этот полимер стал более кристаллическим с более высокой плотностью и стал известен как полиэтилен высокой плотности (ПЭВП). Аналогичные каталитические процедуры Г. Натта использовал для получения кристаллического полипропилена. Свойства этого полимера являются результатом беспрецедентного контроля стереохимии полимеризации.

Из-за влияния молекулярной структуры на кристалличность HDPE в 5 раз прочнее и на 1 порядок жестче, чем LDPE. Новый материал не заменил старый; его использовали для разных целей. В 1970-х годах процесс производства ПЭНП высокого давления становился все более дорогим по сравнению с процессом производства ПЭНД низкого давления. Фактор стоимости плюс инновации в

Страница 71 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

РИСУНОК 3.3 Схема структуры полиэтилена высокой плотности, полиэтилена низкой плотности и линейного полиэтилена низкой плотности.

Страница 72 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

9Катализаторы 0002 и технологический процесс привели к созданию нового материала, который обладал большинством свойств ПЭНП, но производился с помощью более экономичного процесса низкого давления, аналогичного тому, который используется для ПЭВП. Это сополимер этилена и альфа-олефина (например, бутена-1, гексена-1). Таким образом, в цепь вводятся короткоцепочечные ответвления контролируемой длины и количества без каких-либо длинноцепочечных ответвлений, и материал называется линейным полиэтиленом низкой плотности (ЛПЭНП; см. рис. 3.3). Производство этого материала росло примерно на 20 процентов в год в течение 19 века.80-х годов до текущего использования около 5 × 10 9 фунтов в год. В результате производство ПЭНП сначала сократилось, но с 1986 года его производство снова начало расти. Для удовлетворения спроса в следующем десятилетии может потребоваться строительство новых производств высокого давления. В настоящее время это единственный процесс, с помощью которого можно получить сополимеры с полярными мономерами, такими как винилацетат или акриловая кислота. HDPE изготавливается в основном методом литья. Выдувные пищевые бутылки и автомобильные бензобаки составляют основные рынки сбыта. Очень большие контейнеры, изготовленные методом ротационного формования, представляют собой специализированную зону роста. Был коммерциализирован процесс, известный как «прядение геля», в результате которого производятся волокна из полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы. Менее кристаллический LDPE и LLDPE в основном экструдируются в пленочные продукты, каждый из которых имеет специальное применение. Новая технология, основанная на одноцентровых металлоценах, открывает перспективы для производства новой линейки продуктов.

Этот краткий обзор истории и будущих перспектив олефиновых полимеров иллюстрирует необходимость исследований всех типов (например, катализа, исследования процессов и структурных характеристик) для того, чтобы извлечь выгоду из экономических возможностей. Эти материалы сложны с точки зрения молекулярной структуры, поэтому существует множество способов адаптировать их поведение при условии, что базовые знания и инструменты для определения структуры доступны и интегрированы с инновационными технологическими процессами. Большая часть настоящих исследований направлена ​​на разработку катализаторов, позволяющих получать материалы, которые легче обрабатывать. Быстрый прогресс стал результатом интеграции синтеза катализатора и конструкции реактора и процесса. В качестве недавнего примера был разработан новый продукт из полиолефинового сплава путем воздействия на разработанный катализатор серии различных исходных олефиновых мономеров для получения полимерной частицы, состоящей из полимеров с различными свойствами. Экструзия этих частиц приводит непосредственно к полимерному сплаву.

Конструкционные термопласты являются жизненно важной частью национальной экономики, и остаются значительные возможности для экономического роста и научных исследований. Новые специализированные материалы будут по-прежнему предлагать награды на рынке. Что касается высокопроизводительных устройств, то в течение следующего десятилетия, вероятно, появится несколько совершенно новых полимерных структур. Большая часть роста «новых» материалов будет в области смесей или сплавов. Жизнеспособность термопластов нельзя судить только на основании появления того, что можно было бы назвать «новыми материалами». Еще одной мерой является постоянное совершенствование и диверсификация существующих полимеров. По оценкам одного источника, количество «классов» существующих полимеров утроилось в течение 19 века.80s ( Новости химии и техники ,

Страница 73 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

1991). Ожидается, что эта тенденция сохранится, но потребует большей сложности с точки зрения технологии процесса, характеристик и взаимосвязей между структурой и свойствами (особенно моделирования), чем это требовалось в прошлом.

Термореактивные материалы

Термореактивные материалы в широком смысле определяются как трехмерные химически стойкие сетки, которые в различных технологиях называются гелями, вулканизатами или «отвержденными» материалами. Можно привести такие разнообразные применения, как покрытия, контактные линзы и эпоксидные клеи. Термореактивные материалы определяются здесь как материалы с жесткой сеткой, то есть как материалы с температурой ниже их температуры стеклования. Реактопласты образуются, когда полифункциональные реагенты создают трехмерные сетчатые структуры в ходе реакций линейного роста, ветвления, гелеобразования и постгелеобразования. Исходные мономеры должны включать по крайней мере некоторую реакционноспособную функциональность больше двух, что гарантирует, что по мере протекания реакции количество концов цепи будет увеличиваться. В конечном итоге они будут соединяться между собой, образуя гелеобразный сетевой материал. За этим процессом можно следить, наблюдая за увеличением вязкости в зависимости от времени или по проценту завершенной реакции. Во многих случаях это можно предсказать математически. По мере того, как гель начинает формироваться, растворимая фракция уменьшается и в конечном итоге полностью удаляется.

Важным фактором в отношении жестких термореактивных сеток является тщательно изученная взаимосвязь между реакционной способностью, гелеобразованием и стеклованием. По мере протекания реакции температура стеклования повышается, чтобы соответствовать температуре реакции, и система застекловывается; то есть движение главной цепи останавливается. В этот момент реакция по существу прекращается для всех практических целей. Это было удобно описать с помощью диаграммы отверждения «время-температура-трансформация». Термореактивные системы могут быть образованы цепными или ступенчатыми реакциями полимеризации. Химия термореактивных материалов даже сейчас понята лишь частично, потому что их становится трудно охарактеризовать, как только они достигают стадии трехмерной нерастворимой сетки. Термические и динамические механические методы широко использовались для характеристики этих материалов, и твердотельный ядерный магнитный резонанс (ЯМР) начал оказывать некоторое влияние на эту проблему.

Термореактивные материалы составляют примерно 15 процентов пластмасс, производимых в Соединенных Штатах. На рис. 3.4 показаны последние данные о производстве различных типов реактопластов и их использовании. Фенольные смолы составляют самый большой класс термореактивных материалов. Некоторые полиуретаны классифицируются как термореактивные, хотя многие уретановые и мочевинные материалы могут производиться в линейных термопластичных или растворимых формах, таких как хорошо известные эластомерные волокна спандекса. Материалы на основе карбамидоформальдегида по-прежнему имеют большое значение, и, по сути, именно они использовались в первой «безуглеродной» бумаге. Ненасыщенные полиэфиры получают из малеинового ангидрида и пропиленгликоля, которые затем растворяют в стироле и сшивают в сеть. Они приобрели большое значение в

Страница 74 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

РИСУНОК 3.4 Производство реактопластов в США по типам в 1990 г. (вверху) и области их использования в 1989 г. (внизу). ИСТОЧНИК: Перепечатано с разрешения Chemical & Engineering News (1991), p. 39. Copyright © 1991 Американского химического общества.

Страница 75 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

автомобили и строительство. Полученные композиты, армированные стекловолокном, часто называют листовыми формовочными смесями (SMC).

Термореактивные материалы, хотя и меньше по общему объему, чем термопласты, используются в ряде очень высокоэффективных приложений, таких как матричные смолы или конструкционные клеи в композитных системах, таких как те, которые используются для аэрокосмических приложений. Эти композиты обычно армируются стеклянными, арамидными или углеродными волокнами. Важные примеры таких матричных материалов включают эпоксидные смолы, бисмалеимиды, цианаты, ацетилены и, в последнее время, бензоциклобутеновые системы. Существующая база данных по матричным смолам и конструкционным клеям гораздо больше подходит для термореактивных материалов, чем для термопластов с высокими эксплуатационными характеристиками, таких как поли(ариленэфиркетоны), некоторые полиарилимиды и поли(фениленсульфид). Основные потребности исследований в области композитов на основе полимеров включают в себя более совершенные способы повышения прочности термореактивных систем и более совершенные методы обработки тех, которые изготовлены из термопластов с высокими эксплуатационными характеристиками.

Достижения в обработке и упрочнении термореактивных материалов происходят по нескольким направлениям. Методы создания сети исследовались многими организациями. Наиболее традиционные методы включают использование термической конвекционной печи, часто в автоклавах. Однако в последнее время были предприняты значительные усилия по электромагнитной (или микроволновой) обработке высокоэффективных полимерных матричных смол, особенно для конструкционных клеев и композитных структур. Подход к «упрочнению», который исследовался в течение последних 10 лет, включает в себя включение либо каучуков, либо реактивных инженерных термопластов в сети, такие как эпоксидные смолы, для разработки сложной морфологии. Здесь добавленный материал диспергируется в виде изолированных доменов или образует совместно непрерывные морфологии. Большинство оригинальных исследований сосредоточено на повышении ударной вязкости резины, а обширная литература посвящена использованию нитрильных каучуков с карбоксильными функциональными группами для повышения ударопрочности эпоксидных клеев. Совсем недавно были реализованы преимущества, связанные с использованием инженерных термопластов. К ним относятся, например, способность сохранять жесткость и термоокислительную стабильность, а также в некоторых случаях химическая стойкость. Эти свойства часто сильно ухудшаются при использовании термореактивных систем с упрочненной резиной. Прочность на излом может быть значительно улучшена. Это важно с точки зрения повышения долговечности передовых органических материалов, используемых в конструкционных клеях и композитах. Межфазная адгезия между отдельными полимерными фазами, а также их пропорции, морфология и молекулярные характеристики имеют первостепенное значение для повышения вязкости разрушения.

Другие передовые области включают разработку новых химических веществ и, в частности, более точное определение основных материалов-кандидатов. Считается, что бисмалеимиды несколько более термически стабильны, чем эпоксидные материалы, и их серьезно рассматривают для различных применений, таких как высокоскоростной гражданский транспортный самолет, коммерциализация которого запланирована на ближайшие 10 лет. Аспекты воспламеняемости этих материалов также имеют решающее значение.

Страница 76 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

Материалы, содержащие арилфосфиноксид, представляют большие перспективы для производства современных органических материалов со значительно улучшенной устойчивостью к воспламенению. Новой разработкой является возможность соединения органических и неорганических материалов для создания органо-неорганических композитных сетей.

Эластомеры

Эластомеры, или каучуки, представляют собой мягкие и податливые полимеры, способные испытывать большие обратимые деформации. Только длинноцепочечные полимеры способны к такому типу эластичности. Эластомеры обычно представляют собой аморфные сетчатые полимеры с меньшей плотностью поперечных связей, чем у термореактивных пластиков. Большинство термореактивных материалов можно заставить функционировать как эластомеры при температуре выше их температуры стеклования.

Исторически эластомеры играли важную роль в индустриализации, процветании и безопасности Соединенных Штатов. Синтетические эластомеры родились по необходимости во время Второй мировой войны, когда Соединенные Штаты были отрезаны от большей части своих поставок натурального каучука в Юго-Восточную Азию. Низкотемпературная эмульсионная полимеризация была разработана для производства высокоэффективных синтетических каучуков, особенно сополимеров стирола и бутадиена. В одной из самых замечательных историй успеха в современной промышленности производственная мощность в 1,5 миллиарда фунтов стерлингов в год была достигнута в 1945. Эта отрасль продолжается в Соединенных Штатах (см. данные о производстве различных видов синтетического каучука в Таблице 3.3) и в других промышленно развитых странах. Годовые производственные показатели в последние годы снизились из-за ряда факторов, в том числе увеличения срока службы шин.

Изначально все эластомеры представляли собой термореактивные или химически сшитые материалы, поэтому гибкость их обработки, особенно повторной обработки или переработки, была сильно ограничена. Термопластичные эластомеры представляют собой в настоящее время основную область роста, которая включает в себя растущее число химических концепций. Первыми материалами были блок-сополимеры на основе стирола, которые разделялись на молекулярном уровне с образованием относительно твердых полистирольных доменов, которые действуют как временные, физические

ТАБЛИЦА 3.3 Производство синтетического каучука в США, 1992 г.

 

Фунтов (миллиардов)

Этилен-пропилен

0,45

Нитрил

0,16

Полибутадиен

1,02

Стирол-бутадиен

1,75

Прочее a

0,86

ИСТОЧНИК: Дата от Новости химии и техники (1993).

a Включает, например, бутил, полихлоропрен, полиизопрен, силикон и другие синтетические эластомеры.

Страница 77 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

перекрестных ссылок. Полученный эластомер является термопластичным, и его можно перерабатывать, просто нагревая до температуры, превышающей температуру стеклования полистирола. Таким образом, это перерабатываемый эластомер. Эти материалы являются результатом развития методов анионной полимеризации, которые в настоящее время широко применяются, несмотря на огромные экспериментальные трудности, связанные с металлоорганическими инициаторами, используемыми в этом процессе. Подобные концепции были реализованы на коммерческой основе для полиуретанов, сложных полиэфиров, полиэфирамидов и так далее. Другие версии представляют собой так называемые динамически вулканизированные смеси пластика и резины, которые можно формовать или экструдировать, как термопласты. Существующие методы характеризации не позволяют исследовать все потенциально важные структурные проблемы таких сложных материалов.

Что касается теории, то необходимо лучше понять топологию сетчатой ​​структуры, которая необходима для способности эластомеров восстанавливаться. В частности, нам нужно знать, как охарактеризовать запутывания и их влияние на механические свойства. Ожидается, что такие топологические особенности будут иметь большое влияние как на равновесные, так и на динамические свойства, и их контроль может значительно помочь в разработке более конкурентоспособных эластомеров. Хотя самое глубокое понимание резиноподобной эластичности почти наверняка будет получено из молекулярных теорий, феноменологические подходы также часто бывают полезны, особенно для практических целей. Эти теории пытаются согласовать данные напряжения-деформации, используя минимальное количество параметров, которые затем используются для прогнозирования других механических свойств. Также необходимо больше экспериментальных данных о деформациях, отличных от простого удлинения и набухания, которые (из-за их простоты) используются в подавляющем большинстве исследований упругости. Одним из преимуществ могут быть дополнительные, отличительные данные для оценки теорий эластичности. Другим было бы лучшее понимание свойств эластомеров для условий, в которых они часто используются. Понимание сегментарной ориентации цепей в деформированных сетях необходимо для понимания кристаллизации, вызванной деформацией. Такая кристаллизация значительно улучшает механические свойства эластомера, и ее контроль может дать значительное конкурентное преимущество. Для прогресса в этой области необходимы достижения в теории, а также дополнительные эксперименты.

Растет интерес к изучению эластомеров, которые также проявляют мезоморфное поведение, из жидкокристаллических образований либо в основной цепи, либо в боковых цепях. Эти материалы сочетают в себе некоторые из самых интригующих свойств жидкокристаллических молекул низкой молекулярной массы с эластомерными свойствами полимерных сетей. Материалы с таким уникальным поведением следует использовать. Примером может служить ориентация анизотропной фазы механической силой по аналогии с применением электрических или магнитных полей на низкомолекулярных мезогенах.

Новым предметом в области резиноподобной эластичности является явление коллапса геля, при котором набухшая сеть резко распухает (сжимается) в ответ на относительно небольшое изменение окружающей среды. Обрушение может быть вызвано

Страница 78 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

изменения температуры, рН, ионной силы или состава растворителя. В пленках и волокнах коллапс происходит достаточно быстро, чтобы эти системы могли потенциально применяться в качестве механических переключателей, искусственных мышц, механохимических двигателей и так далее. Использование этой новой разработки потребует развития теории, а также дополнительных экспериментов с реальными функционирующими устройствами.

Особенно сложной проблемой является разработка более количественного молекулярного понимания эффектов частиц наполнителя, в частности сажи в натуральном каучуке и диоксида кремния в силоксановых полимерах. Такие наполнители обеспечивают огромное усиление эластомеров в целом, и то, как они это делают, до сих пор плохо изучено. Безусловно, связь между армирующей фазой и эластомерной матрицей имеет решающее значение. Исследование связи между биополимерным эластином и коллагеновыми волокнами, пропущенными через него для усиления, может дать ценную информацию по этой проблеме. Связанная проблема существует в гибридных органо-неорганических композитах.

Наконец, существует потребность в более высокоэффективных эластомерах, которые остаются эластомерными при очень низких температурах, но относительно стабильны при очень высоких температурах и устойчивы к агрессивным средам. Эластомерные каучуки на основе этилен-пропилен-диенового мономера (ЭПДМ), полученные сополимеризацией этилена, пропилена и диена с использованием катализаторов Циглера, особенно устойчивы к воздействию озона. Полисилоксаны являются одним из наиболее важных классов высокоэффективных эластомеров и разрабатываются и совершенствуются в большинстве промышленно развитых стран. Фторэластомеры представляют собой еще один класс, который находится в стадии интенсивной разработки. Полифосфазены имеют довольно низкие температуры стеклования, несмотря на то, что скелетные связи цепей, как полагают, имеют некоторый характер двойных связей. Таким образом, существует ряд интересных проблем, связанных с эластомерным поведением этих необычных полунеорганических полимеров.

Волокна

Волокно можно определить как структуру, длина которой намного превышает размер ее поперечного сечения. Диаметр волокон характеризуется в dTex — единице линейной плотности, соответствующей весу в граммах 10 000-метровой длины волокна (в одних и тех же единицах описываются отдельные нити и комплексные нити). Типичные значения dTex нити варьируются от 1 до 10. Один грамм нити 1-dTex имеет длину более 5 миль.

Как показано в таблице 3.4, производство волокна в Соединенных Штатах составляет порядка 9 миллиардов фунтов в год. Стоимость волокнистой промышленности США исчисляется десятками миллиардов долларов, и эта сумма многократно увеличивается к тому времени, когда волокна попадают на потребительский рынок в самых разных продуктах, от канатов до текстиля и автомобильных шин. Некоторые типичные области применения волокна перечислены в таблице 3. 5.

За последние несколько десятилетий в бизнесе товарного волокна стал очевиден ряд тенденций:

Страница 79 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

ТАБЛИЦА 3.4 Производство синтетических волокон в США, 1992 г.

 

Фунтов (миллиардов)

Ацетат

0,50

Акрил

0,44

Нейлон

2,55

Олефин

1,99

Полиэстер

3,58

 

ИСТОЧНИК: Данные Chemical & Engineering News (1993).

ТАБЛИЦА 3.5 Типичные области применения оптоволокна

Использовать

Полимер

Одежда

Полиэстер, нейлон, полипропилен, акрил, спандекс

Ковры

Нейлон, полипропилен, полиэстер

Защитная одежда

Арамиды, фторполимеры, полиэтилен

Синтетическая бумага

Полиэтилен

Канаты, тросы

Полипропилен, нейлон, арамиды

Валы для гольфа, удочки

Углерод, арамиды

Цементная арматура

Полиэтилен

Тормозные накладки

Арамиды, акрилы

  • Объемы синтетических волокон выросли за счет натуральных волокон. Движущими факторами являются более низкие затраты и технические улучшения, которые позволяют синтетическим материалам имитировать желаемую эстетику натуральных волокон, демонстрируя при этом превосходные эксплуатационные характеристики.

  • Товарные рынки разделены в основном между нейлоном, полиэстером и полиолефином, причем полиэстер становится крупнейшим. Экономические характеристики и экологические соображения привели к сокращению использования целлюлозы и акрила.

  • Появление нового товарного волокна обычно считается маловероятным.

В этот же период наблюдается быстрый рост технологий высокопроизводительного оптоволокна. Эти технологии делятся на три класса:

  • Высокомодульные высокопрочные волокна на основе стержнеобразных жидкокристаллических (нематогенных) полимеров. Наиболее распространенными примерами являются лиотропные арамиды и термотропные полиэфиры. Эти волокна характеризуются модулем растяжения более 70 гигапаскалей (ГПа), прочностью на растяжение порядка 3-4 ГПа и низкими свойствами при сжатии или сдвиге.

  • Морфологические манипуляции с обычными полимерами, такими как высокомолекулярные

Страница 80 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

полиэтилена

или поли(винилового спирта) для получения волокон с механическими характеристиками, аналогичными волокнам из жидкокристаллических полимеров.

Типичными областями применения высокоэффективных волокон являются композитная арматура, канаты и тросы, а также противопульная одежда. Как группа, эти волокна представляют собой успешные технические разработки, но они оказались менее привлекательными с коммерческой точки зрения, чем считалось ранее, по целому ряду причин.

Процесс прядения можно описать следующим образом. Полимер сначала превращается в жидкость путем плавления или растворения, а затем жидкость непрерывно пропускается через фильеру (пластину с множеством маленьких отверстий) для формирования нитей. Большинство полимерных волокон являются полукристаллическими. Если полимер образует стабильный расплав, этот процесс называется формованием расплава. Для полимеров, которые разлагаются до плавления, полимер вытягивается из раствора; если растворитель испаряется, процесс называется сухим прядением; если раствор коагулируют в ванне с нерастворителем, этот процесс называется мокрым прядением. Удаление фильеры из коагуляционной ванны для мокрого прядения — это нововведение, известное как мокрое прядение с сухой струей. На практике отверстия фильеры обычно намного больше желаемого конечного диаметра нити; следовательно, нити растягиваются во время и/или после процесса прядения. Отношение конечной скорости нити к начальной скорости нити называется коэффициентом просадки. Основными параметрами, определяющими исходную структуру и, следовательно, свойства исходной нити, являются скорость охлаждения и приложенное напряжение. Эти параметры контролируют степень ориентации молекулярной цепи (время ориентировки/время релаксации) и степень кристалличности, достигаемую во время прядения. Однажды сформированная кристалличность может быть дополнительно ориентирована путем растяжения и усовершенствована посредством отжига. Ключевыми структурными элементами являются количество и ориентация кристаллических областей, ориентация некристаллических областей и связь между областями, связующие молекулы и так далее.

Тщательный контроль последовательности, в которой цепи ориентируются и кристаллизуются, оказывает сильное влияние на получаемую микроструктуру. Такая контролируемая обработка позволяет, например, разделить кристаллическую и некристаллическую ориентацию, позволяя производить волокна с высоким модулем упругости (соответствующим высокой кристаллической ориентации) и низкой термической усадкой (соответствующей низкой некристаллической ориентации). Типичные скорости прядения составляют тысячи метров в минуту, типичные вытяжки расплава составляют порядка 100, а типичные коэффициенты вытяжки в твердом состоянии колеблются от примерно 2 до 6 при обычной обработке до более 50 при производстве некоторых высокопроизводительных продуктов. Высокопроизводительная обработка волокна характеризуется максимальной осевой ориентацией цепи и минимальным

Страница 81 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

структурные дефекты, образующиеся во время прядения, приводящие к механическим характеристикам, приближающимся к теоретическим пределам. Чтобы контролировать трение и статическое поведение при последующей обработке, перед намоткой на волокна наносят различные масла или другие средства для обработки поверхности. Многочисленные сложные этапы обработки волокон добавляют к температурно-напряженной истории волокна и, следовательно, значительно изменяют свойства конечного использования материала.

В значительной степени условия, используемые при прядении, в дополнение к конкретному химическому составу формируемого полимера, определяют характеристики конечного использования волокна. Работа над будущими волокнами будет сосредоточена на улучшении соотношения цены и качества и создании вариантов продукта за счет морфологического контроля, а не новых химических веществ. При производстве волокон огромной длины основными проблемами всегда были надежность процесса и однородность свойств; будущие продукты будут более широко использовать передовые компьютеризированные системы управления технологическими процессами и будут работать в областях реакции характеристик, менее чувствительных к незначительным изменениям технологического процесса. Исключение последующих этапов процесса приведет к дополнительным улучшениям с точки зрения затрат и производительности, например, к текстурированию в режиме реального времени и модификации поверхности для удовлетворения конкретных требований к трению или адгезии.

Экологические соображения будут влиять на будущие разработки волокон в ряде областей. Отказ от обработки на основе растворителей будет обусловлен более строгими стандартами выбросов, равно как и отказ от катализа тяжелыми металлами. Новые процессы, основанные на очень быстрых методах плавления (например, радиочастотном нагреве или лазерах) или использовании сверхкритического диоксида углерода в качестве растворителя для полимеризации и/или прядения, станут более привлекательными с коммерческой точки зрения. Сокращение некондиционного производства будет становиться все более важным по мере роста затрат на утилизацию отходов и по мере того, как растет значение легко утилизируемых волокон (например, биоразлагаемая целлюлоза, производимая без органических растворителей, или полиэтилентерефталат, преобразованный в пригодные для использования мономеры в процесс, ставший коммерческой реальностью).

Будущее высокоэффективных волокон заключается в снижении затрат и улучшении использования. На первое лучше всего влияют более дешевые мономеры, а на второе — развитие производственных технологий, позволяющих производить экономичные детали из композитов, армированных волокном. Разработка высокопроизводительного волокна перестанет быть исключительно ориентированной на производительность и, как и в случае со всеми другими волокнами, будет зависеть от стоимости и производительности. Шелк, произведенный червями и пауками, привлек внимание, потому что он обладает свойствами растяжения, подобными свойствам высокоэффективных синтетических волокон, но с гораздо более высокой прочностью. Использование методов рекомбинантной ДНК позволяет производить шелка с определенной молекулярной архитектурой, а их характеристики коррелировать с конкретными химическими и физическими свойствами. Расширение знаний о структуре и свойствах, полученное в результате этих исследований, должно позволить определить биомиметические волокна, основанные на аминокислотах, отличных от встречающихся в природе, со значительно улучшенными характеристиками.

Страница 82 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

Клеи

Клей представляет собой материал, который посредством поверхностного прикрепления может склеивать твердые материалы. Клеи использовались на протяжении большей части письменной истории. Они упоминаются в египетских иероглифах, в Библии и в трудах ранних естествоиспытателей. Физическая прочность сборки, выполненной с использованием клеев, известной как клеевое соединение, частично обусловлена ​​силой сцепления, но в первую очередь когезионной прочностью полимерных материалов, используемых для приготовления клея. Таким образом, диапазон прочности, доступной для клеевых соединений, ограничен прочностью полимеров, используемых в составе клеев. Действительно, технология клеев хорошо сочетается с технологией полимеров. По мере синтеза новых полимеров разрабатывались новые клеи, в которых использовались эти полимеры.

Клеи обычно классифицируются по их использованию или применению. Таким образом, конструкционные клеи — это те материалы, которые используются для соединения инженерных материалов, таких как металлы, дерево и композиты. Обычно ожидается, что клеевое соединение, выполненное с помощью конструкционного клея, способно выдерживать нагрузку в 1000 фунтов на квадратный дюйм (6,9 МПа) в течение продолжительных периодов времени. Клеи-расплавы — это клеи, которые наносятся из расплава и свойства которых достигаются при затвердевании клея. Клеи, чувствительные к давлению, обеспечивают прилипание и прочность только при надавливании пальцем во время нанесения. Клейкие ленты изготавливаются путем нанесения клея, чувствительного к давлению, на основу. Клеи на основе каучука, как следует из названия, основаны на эластомерах и обычно наносятся в виде мастики или распылением из растворителя или воды. Клеи, чувствительные к давлению, можно рассматривать как разновидность клеев на основе каучука.

Легкость нанесения клеев, чувствительных к давлению, превосходит все другие типы клеев, за исключением, возможно, клеев-расплавов. Чувствительность только к давлению пальца, образующему связь, является желательным свойством, и недавно были разработаны чувствительные к давлению клеи достаточной прочности для выполнения структурных задач. Одно из основных применений этих двухслойных пенопластовых лент — крепление большинства наружных и внутренних декоративных и полуконструкционных материалов к кузову автомобиля. Использование этих вспененных лент позволяет ускорить сборку и отказаться от механических креплений, являющихся источником коррозии.

Каждый из основных классов клеев, описанных выше, можно дополнительно классифицировать по химическому составу. Таким образом, большинство конструкционных клеев основаны на одном или нескольких следующих химических веществах: фенольном, эпоксидном, акриловом, бисмалеимидном, имидном и белковом (полученном из крови, сои, казеина и т. д.). Большинство клеев-расплавов основаны на одном или нескольких следующих химических веществах: восковые углеводороды, полиэтилен, полипропилен, этилен-винилацетат, полиамиды и полиэфиры. Клеи на основе каучука, по большей части, изготавливаются с использованием неопрена, нитрила и натурального каучука. Клеи, чувствительные к давлению, изготавливаются на основе натурального каучука, простых виниловых эфиров, акрилов, силиконов и блок-сополимеров изопрена и стирола. Многие клеи для переплета бумаги изготавливаются на основе декстрина или других

Страница 83 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

материалы на основе крахмала. «Белый клей», используемый для склеивания древесины, представляет собой эмульсию поливинилацетата.

Клеи имеют ряд преимуществ по сравнению с другими технологиями соединения. Как правило, клеи имеют меньшую плотность, чем механические крепежные детали, поэтому можно добиться снижения веса. Клеи на полимерной основе обладают вязкоупругим характером и поэтому способны поглощать энергию Поглощение энергии проявляется в виде гашения колебаний и повышения сопротивления усталости соединения Клеи могут быть использованы для соединения электрохимически разнородных материалов и обеспечения коррозионно-стойкое соединение.Клейкое соединение ограничено тем, что для большинства клеевых материалов отсутствует инженерная база данных.

Прочность и долговечность клеевого соединения зависят от характера соединяемых поверхностей. Одна из причин, по которой промышленные клеи оказались настолько успешными, заключается в том, что были найдены методы очистки и обработки поверхностей для формирования хорошего сцепления. Необходимо лучше понимать правильную подготовку поверхности для клея. Основными ограничениями более широкого использования клеев в промышленности являются крайняя чувствительность клеевого соединения к состоянию поверхности и отсутствие метода неразрушающего контроля качества.

Адгезионная технология может быть значительно усовершенствована за счет синтеза новых мономеров и полимеров, которые расширяют диапазон применимости клеевого соединения. Таким образом, новые материалы должны позволить клеям быть более гибкими при криогенных температурах, более устойчивыми к окислению при высоких температурах, более прочными при повышенных температурах и более устойчивыми к плохо подготовленному адгезиву или к адгезиву с низкой поверхностной энергией. Инженерные аспекты клеевых технологий можно значительно улучшить, включив клеевые технологии в университетские инженерные курсы и создав инженерную базу данных. Кроме того, простой неразрушающий метод прогнозирования прочности соединения был бы большим шагом вперед в области применения клеев. Двумя движущими силами развития клеевых технологий в ближайшем будущем являются экономика и окружающая среда. Чтобы быть экологически приемлемыми, новые составы клеев должны содержать минимум растворителя и в некоторых случаях должны быть биоразлагаемыми. Чтобы быть экономически привлекательными, клеи должны быть просты в использовании и должны обеспечивать потребителю дополнительную ценность, которая перевешивает упомянутые выше недостатки.

Смеси и сплавы

Сроки внедрения совершенно новых полимеров увеличиваются, поскольку простейшие мономеры и процессы их превращения в полимеры уже определены и представлены на рынке. Кроме того, в связи с растущими нормативными препятствиями и высокой стоимостью исследований, экономические ставки для внедрения принципиально новых полимеров, основанных на ранее неизвестных химических и производственных процессах, значительно возросли. Поскольку в этой области изначально доминировали готовые возможности для химических инноваций, серьезное развитие, основанное на более физическом подходе сплавления или

Страница 84 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

смешивание существующих полимеров началось только в конце 1970-х и 1980-х годах. В настоящее время область полимерных смесей является одним из путей к новым материалам, которым наиболее активно занимается полимерная промышленность.

Существует несколько движущих сил для смешивания двух или более существующих полимеров. Довольно часто цель состоит в том, чтобы получить материал, обладающий сочетанием свойств, уникальных для каждого из компонентов, таких как химическая стойкость и ударная вязкость. Другой проблемой является снижение затрат; высокоэффективный материал можно смешивать с более дешевым полимером для расширения рыночных возможностей. Третьей движущей силой смешивания полимеров различных типов является добавление эластомерных материалов к жестким и хрупким полимерам с целью придания им жесткости. Такие смеси были первым коммерческим примером технологии полимерных смесей и даже сегодня, вероятно, составляют наибольший объем производства многокомпонентных полимерных систем. Основная проблема заключается в том, что часто при смешивании полимеров многие критические свойства сильно ухудшаются из-за несовместимости. С другой стороны, некоторые смеси дают более или менее аддитивные реакции свойств, а другие демонстрируют определенные уровни синергизма. Проблема заключается в том, чтобы знать, как заранее предсказать, что произойдет, и как исправить недостатки.

С фундаментальной точки зрения, один из наиболее интересных вопросов о смеси двух полимеров заключается в том, образуют ли они смешивающуюся смесь или раствор. Термодинамика смесей полимеров сильно отличается от термодинамики смесей низкомолекулярных материалов из-за их молекулярного размера и большей важности эффектов сжимаемости. Из-за этого смешиваемость двух полимеров обычно определяется энергетическими, а не обычными энтропийными соображениями, которые заставляют большинство низкомолекулярных материалов растворяться друг в друге. Простые теории предсказывают, что смешиваемость смесей маловероятна; тем не менее, недавние исследования показали, что при тщательном выборе или проектировании составных полимеров есть много исключений из этого прогноза. Фазовая диаграмма полимерных смесей часто противоположна той, что наблюдается для растворов низкомолекулярных соединений. Полимеры часто разделяются на фазы при нагревании, а не при охлаждении, как ожидается для соединений с низкой молекулярной массой. Появились теории, объясняющие поведение смешивающихся полимерных смесей, но теоретическое руководство для предсказания ответственных взаимодействий примитивно. С появлением современных вычислительных мощностей и разработки программного обеспечения предпринимаются попытки молекулярно-механических расчетов такого типа. Рассеяние нейтронов дало значительное представление о термодинамическом поведении смесей и процессах фазового разделения.

Одним из первых смесевых продуктов была смешиваемая смесь поли(фениленоксида) и полистирола. Первый относительно дорог и довольно сложен в обработке. Добавление полистирола снижает стоимость и упрощает обработку. Многие другие коммерческие продукты в настоящее время основаны на смешиваемых или частично смешиваемых полимерных парах, включая смеси поликарбоната и полиэстера и высокоэффективные материалы ABS.

Для смесей, которые не смешиваются, наиболее фундаментальные вопросы относятся к

Страница 85 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

9Морфология фазы 0002 и характер границы между этими фазами. Часто неблагоприятные взаимодействия полимер-полимер, которые приводят к несмешиваемости, вызывают нестабильную и неконтролируемую морфологию и слабую поверхность раздела. Эти особенности приводят к плохим механическим свойствам и малоценным продуктам, то есть к несовместимости. В этом случае изыскиваются стратегии достижения совместимости, как правило, с использованием блок-сополимеров или привитых сополимеров, которые должны располагаться на границе раздела, подобно поверхностно-активным веществам. Эти сополимеры могут быть образованы отдельно и добавлены к смеси или образованы на месте за счет реактивного связывания на границе раздела во время обработки. Первый путь, например, позволил сделать смеси полиэтилена и полистирола пригодными для определенных видов упаковки путем добавления блок-сополимеров, образованных с помощью анионного синтеза. Однако жизнеспособные синтетические способы получения блок-сополимеров, необходимые для наиболее коммерчески интересных комбинаций полимерных пар, недоступны. По этой причине путь реактивной совместимости особенно привлекателен, и ему уделяется большое внимание при разработке коммерческих продуктов. Он включает в себя формирование блок-сополимеров или привитых сополимеров на месте во время обработки расплава за счет реакции функциональных групп. Существуют широкие возможности для разработки схем совместимости и фундаментального понимания их механизмов. Лучшее понимание взаимодействий полимер-полимер и границ раздела (например, межфазное натяжение, адгезия и реакции на границах раздела) имеет важное значение. Особенно важно развитие экспериментальных методов и более совершенных теорий для изучения физики блок- и привитых сополимеров на таких границах раздела. Эти знания должны быть интегрированы с лучшим пониманием реологии и обработки многофазных полимерных материалов, чтобы можно было контролировать морфологию и межфазное поведение этих материалов.

Широкое разнообразие совместимых полимерных сплавов было коммерциализировано, и эта область переживает высокие темпы роста. Продукт на основе поли(фениленоксида), полиамида и эластомера был представлен для использования при формовании автомобильных крыльев методом литья под давлением и в настоящее время устанавливается на несколько моделей автомобилей американского и европейского производства. Полиамид придает прочность и химическую стойкость, поли(фениленоксид) обеспечивает устойчивость к суровым тепловым условиям автомобильных печей для покраски, а эластомер придает жесткость. Еще одним применением в автомобилестроении является изготовление пластиковых бамперов путем литья под давлением трехкомпонентных смесей поликарбоната, полибутилентерефталата и эластомерного модификатора ударной вязкости, изготовленного из эмульсии сердцевины (рис. 3.5). В этой смеси поликарбонат обеспечивает ударную вязкость, которая усиливается при низких температурах за счет модификатора ударопрочности, а поли(бутилентерефталат) обеспечивает необходимую химическую стойкость, чтобы выдерживать контакт с бензином, маслами и смазками. В первом примере поли(фениленоксид) и полиамид очень несовместимы, и для контроля морфологии и для межфазного упрочнения требуется реактивное связывание фаз. Во втором примере поликарбонат и сложный полиэфир, очевидно, достаточно хорошо взаимодействуют друг с другом, так что присадка, улучшающая совместимость, не требуется.

Страница 86 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

РИСУНОК 3.5 В настоящее время высокоэффективные сплавы широко используются в сложных наружных кузовах автомобилей. Например, передние крылья отлиты из полипропилен-нейлонового сплава, способного выдерживать температуру в покрасочной печи 400°F и выше. Они выбраны за их поверхность класса А, стабильность размеров, ударную вязкость, коррозионную и химическую стойкость. Боковые облицовки этих транспортных средств отлиты из смолы, представляющей собой сплав полиэстера и поликарбоната, который был выбран из-за его ударопрочности при низких температурах, химической стойкости и качественной поверхности. Для облицовки переднего и заднего бампера используется сополиэфирный эластомер, характеризующийся пластичностью при низких температурах, поверхностью класса А, химической стойкостью и возможностью окрашивания в режиме реального времени при температурах, превышающих 280°F. На многих автомобилях можно найти более 60 фунтов инженерных термопластов. ИСТОЧНИК: Фотография предоставлена ​​GE Plastics, Саутфилд, Мичиган.

Упрочнение за счет добавления каучука впервые было применено к товарным полимерам, таким как полистирол, поли(винилхлорид), полипропилен и поли(метилметакрилат) (ПММА). Для получения оптимальных продуктов требовались самые разные процессы и конструкции продуктов. Теперь этот подход применяется к инженерным термопластам и термореактивным материалам, чтобы использовать эти материалы в приложениях, требующих строгих механических характеристик в сложных условиях. Это обеспечивает прекрасную возможность роста для различных упрочняющих агентов. Эластомеры с низкими температурами стеклования необходимы для придания ударной вязкости при низких температурах использования, в то время как термические и окислительные

Страница 87 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

необходимы для того, чтобы выдерживать высокие температуры, необходимые для обработки этих материалов. Кроме того, эти эластомеры должны быть диспергированы в матрице с соответствующей морфологией (или шкалой размеров) и должным образом связаны с матрицей. Эти две проблемы часто взаимосвязаны и специфичны для конкретного матричного материала. Потребуются дальнейшие усилия для лучшего понимания различных механизмов повышения ударной вязкости, применимых к инженерным полимерам.

Существуют многочисленные возможности для достижения лучшего понимания, которое сократит время на разработку новых смесей и сплавов. Существует интересная параллель между этой областью и сплавлением в металлургии, и полимерное сообщество может извлечь уроки из многолетнего опыта металлургов. Обе области включают широкий спектр вопросов, включая синтез, обработку, физическую структуру, интерфейсы, механику разрушения и прогнозирование срока службы. Соединенные Штаты в настоящее время занимают позицию технического лидера; однако компании и университеты по всему миру также активно проводят исследования и разработки в этой области.

Конструкционные композиты

Полимерные композиты могут обеспечить наилучшее соотношение прочности к весу и жесткости к весу из любого материала, даже из самых легких и прочных металлов. Следовательно, применение таких композитов в первую очередь связано с высокими эксплуатационными характеристиками и экономией топлива. Одним из наиболее важных атрибутов является возможность разработки различных критических свойств в соответствии с предполагаемым применением. Действительно, производительность можно контролировать, изменяя составные части, их геометрию и расположение, а также интерфейсы между ними в составных системах. Это позволяет «создавать» материалы, адаптированные к приложениям, что является единственным большим преимуществом и перспективой этих систем материалов. Конструкционные композиты представляют интерес для аэрокосмических применений, а также для многочисленных промышленных и бытовых применений, в которых малый вес, высокая прочность, длительный срок службы и повышенная коррозионная стойкость имеют решающее значение. Многое необходимо сделать для повышения технологичности и долговечности, предоставления более полной базы данных и повышения экономичности этих систем. Широкий спектр будущих потребностей включает в себя синтез, характеристику, обработку, тестирование и моделирование важных композитных систем с полимерной матрицей.

В общем, у полимерных матричных композитов большое будущее. В настоящее время инженерное сообщество находится во втором поколении применений композитов, и в настоящее время с использованием этих материалов проектируются первичные конструкции. Растет уверенность в надежности и долговечности полимерных композитов и растет осознание того, что они обещают не только экономическую, но и техническую выгоду. Коммерческие программы, такие как скоростной гражданский транспорт, не увенчаются успехом без использования полимерных композитов. Интегрированный синтез, обработка, характеристика и моделирование позволят использовать молекулярные концепции для

Страница 88 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

дизайн системы материалов и оценить влияние того, как материалы собраны вместе, на производительность, экономичность и надежность конечного компонента. Более точное понимание этапов производства, обработки и проектирования компонентов значительно ускорит внедрение этих передовых материалов. Новые горизонты свойств и производительности, например, в интеллектуальных и интеллектуальных материалах, исполнительных механизмах, датчиках, высокотемпературных органических материалах и многокомпонентных гибридных системах, будут связаны с потенциалом открытия новой эры экономического успеха и технического совершенства. Было подсчитано, что предприятия по производству готовой продукции стоимостью более 5 миллиардов долларов в год уже существуют для совокупности полимеров, армирования, препрегов, инструментального оборудования и других вспомогательных продуктов (McDermott, 19). 93).

Усовершенствованные композиты с полимерной матрицей уже более 20 лет используются, например, в бомбардировщике B-1 и во многих современных реактивных истребителях ВМС и ВВС. Для военных целей высокие характеристики и малозаметность композитов часто перевешивают вопросы долговечности и даже безопасности. Создание более легких и маневренных танков, грузовиков и бронированных машин может стать областью будущего военного роста. Однако по мере того, как бюджет Пентагона сокращается, предпринимаются усилия по использованию этих материалов в гражданских целях (Паштор, 19 лет).92). Проблемы включают необходимость выявления крупных компаний, не занимающихся обороной, которые будут использовать передовые композиты. В течение почти 30 лет предполагалось, что авиаконструкторы всего мира быстро начнут использовать эти новые материалы. К сожалению, эти прогнозы не оправдались, и американские заводы по производству композитов с полимерной матрицей в настоящее время работают менее чем на 50 процентов от своей мощности. По ряду причин по-прежнему воздерживаются от использования этих передовых материалов во многих областях, особенно в коммерческой авиации. Затраты, технологичность и долговечность, по-видимому, являются основными проблемами. До сих пор эта область считалась техническим успехом, но не финансовым успехом. Тем не менее, самолеты на разных стадиях разработки имеют композиты в качестве некоторой части своего конструктивного веса. Например, 15 процентов самолетов Boeing 777, 6 процентов MD-11 Trijet и 15 процентов MD-12 оцениваются как композитные. Европейские авиационные фирмы начали летные испытания цельнокомпозитного рулевого винта для вертолета, а японцы предпринимают усилия по разработке военного вертолета с очень высоким содержанием композитных материалов.

Было предсказано, что в будущем композиты, армированные волокном (FRC), частично заменят обычные материалы в гражданском строительстве. Это могут быть здания, мосты, канализационные и водоочистные сооружения, морские сооружения, гаражи и многие другие элементы инфраструктуры. Также ожидается, что композитные материалы помогут заменить традиционные материалы, такие как сталь и бетон, во многих будущих проектах. Оценен объем в 3 трлн долларов США на композиты, армированные волокном, для восстановления инфраструктуры страны (Барберо и Гангарао, 1991). Композиты с полимерной матрицей, рассмотренные выше, уже нашли применение в таких областях, как покрытие антенн и водоочистные сооружения. Менее дорогой армированный волокном

Страница 89 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

Пластмассы

(FRP), такие как ненасыщенные полиэфирно-стирольные матричные системы, армированные стекловолокном, стали важными конструкционными материалами для автомобилей и ванных комнат. Многие инженеры-строители не считают листовые формовочные массы, которые широко используются в автомобилях и жилищном строительстве, подходящими для замены инфраструктуры из-за их относительно низкой прочности. С другой стороны, усовершенствованные полимерные композиты, которые часто состоят из непрерывно армированных волокнистых материалов, обладают превосходной прочностью и жесткостью.

Жидкокристаллические полимеры

Жидкокристаллическая природа жестких полимерных молекул в растворе была предсказана Онсагером в 1947 г., уточнена Флори в 1956 г. и подтверждена экспериментально в ходе исследований арамидов в компании Du Pont в 1960-х гг. Флори предположил, что по мере того, как молекулярная цепь становится более похожей на стержень, достигается критическое соотношение сторон, выше которого молекулы обязательно выстраиваются в линию, чтобы эффективно упаковываться в трех измерениях. Концепции жидкокристаллических полимеров были расширены, чтобы охватить огромное количество гомополимерных и сополимерных композиций, которые проявляют либо лиотропное, либо термотропное поведение. В промышленности большая часть усилий была сосредоточена на нематических полимерах с основной цепью. Эти полимеры сочетают в себе высокие термические и механические свойства с простотой обработки и универсальностью. Простота обработки обусловлена ​​тем, что молекулярные стержни могут легко скользить друг по другу, очень высокие механические свойства обусловлены морфологией «растянутой цепи», присутствующей в твердом состоянии, а термическая стабильность обусловлена ​​химическим составом с высокой ароматической цепью. Этой структуре присущ высокий уровень структурной, а значит, и свойственной анизотропии (например, осевой модуль на 1—2 порядка выше поперечного модуля). Направление ориентации молекулярной цепи совпадает с направлением ковалентной связи в цепи; нормально к направлению ориентации связь вторичная (ван-дер-ваальсова, водородная связь и т. д.). Низкая ориентация в этих материалах означает глобальную, а не локальную случайность, а свойства внутри «доменов» сильно анизотропны.

Полезным побочным результатом изучения жидкокристаллических полимеров стало признание важности мезофаз в развитии структуры обычных полимеров. Примеры этого включают придание жесткости полиимидным остовам для снижения коэффициента расширения и улучшения технологичности, а также признание важности псевдогексагональной (вращательной, переходной нематической) фазы при кристаллизации расплавов ориентированных полимеров. Увеличение расстояния от конца до конца обычных полимеров за счет применения механических или электромагнитных полей может привести к формированию структуры, эквивалентной той, которая достигается при манипулировании молекулярно жесткими молекулами.

Волокна из лиотропных параарамидных полимеров (рис. 3.6) были первоначально выпущены на рынок компанией Du Pont в 1970 г. под торговой маркой Kevlar ® . Волокна получают методом сухого мокрого формования из 100-процентного раствора серной кислоты с достаточным содержанием

Страница 90 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

РИСУНОК 3.6 Лиотропный параарамидный жидкокристаллический полимер.

вытяжка для ориентации молекулярных цепочек, фактически доменов жидких кристаллов, параллельно оси волокна. Стадия отжига может быть выполнена для улучшения структурного совершенства, что приводит к увеличению модуля волокна. Эти волокна обладают очень высоким модулем и прочностью на растяжение, а также отличной термостойкостью и устойчивостью к воздействию окружающей среды. Слабые стороны включают низкие свойства сжатия (характерные для всех полимеров с высокой одноосной ориентацией) и значительный возврат влаги. Мировые мощности по производству волокна составляют около 70 миллионов фунтов (1991). Продажные цены варьируются в зависимости от сорта (т. е. уровня модуля) и рынка и варьируются от 8 долларов за фунт до более 50 долларов за фунт. Потребление во всем мире в 1990 году составляло около 50 миллионов фунтов, что несколько уступало мощности. Основные рынки включают арматуру для резины и композитов, защитную одежду, канаты и кабели, а также замену асбеста. Прогнозируется, что использование параарамидного волокна будет расти более чем на 10 процентов в год во всем мире в течение следующих 5 лет. Экологические проблемы, связанные с обращением и утилизацией больших количеств серной кислоты или других растворителей, могут сделать термотропные подходы более привлекательными в будущем.

В течение 1980-х годов термотропные сополиэфиры коммерциализировались по всему миру. Более универсальные, чем лиотропные полимеры, эти нематические сополиэфиры (рис. 3.7) поддаются одноосной обработке, такой как формирование волокна, и трехмерной обработке, такой как литье под давлением, с использованием в основном обычных методов обработки термопластов. В то время как волокнистые продукты существуют, большая часть коммерческого термотропного сополиэфира продается в виде формовочных смол, наполненных стеклом или минералами, большая часть на рынках электротехники и электроники. Объем США в 1991 стоил около 4,3 миллиона фунтов при средней цене продажи около 8 долларов за фунт. Как и в случае с арамидами, они обладают превосходной термической и экологической стабильностью. Преимуществами этих формовочных смол являются чрезвычайно низкая вязкость, позволяющая заполнять сложные тонкостенные формы, превосходное воспроизведение формы из-за небольшого изменения объема между жидкостью и твердым веществом, а также короткое время цикла. К недостаткам можно отнести анизотропию свойств и высокую стоимость.

Будущий рост нематогенных полимеров с основной цепью будет определяться двумя факторами:

Страница 91 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

РИСУНОК 3.7 Термотропный жидкокристаллический полимер на основе ароматического полиэфира.

  • Стоимость полимера (в конечном итоге зависит от стоимости мономера) и

  • Технология обработки, позволяющая экономично использовать свойства, включая контроль ориентации готовых деталей, а также новые формы (например, пленки, формованные экструдаты, нетканые материалы, пены и многослойные материалы).

Два особенно интригующих свойства нематогенных полимеров, еще не имеющих коммерческого значения, — это пластичность в криогенных условиях и очень низкая проницаемость малых молекул через структуру твердого тела (высокие барьерные свойства).

Потенциально привлекательным путем снижения цены и улучшения контроля свойств является смешивание жидкокристаллических полимеров с обычными полимерами. Существует обширная литература, и были разработаны интересные концепции, такие как самоармирующиеся композиты и молекулярные композиты, для описания несмешивающихся и смешивающихся смесей, содержащих жидкокристаллический полимер. Основные проблемы, возникающие в этой технологии, включают:

  • Присущая мезогенным и обычным полимерам несмешиваемость, приводящая к крупномасштабному фазовому разделению;

  • Сильная зависимость морфологии (свойств) смеси от параметров обработки и полимера; и

  • Отсутствие сцепления между фазами.

На сегодняшний день коммерческий успех таких смесей оказался труднодостижимым. Родственным подходом является использование жидкокристаллических полимеров в обычных композитах в качестве армирующего волокна, матрицы или того и другого. Проникновение на рынки традиционных композитов было медленным, основными проблемами были плохая адгезия, плохое сжатие (волокна) и отсутствие критериев проектирования для композитных деталей, где и матрица, и слой являются анизотропными.

Потенциал полимерных жидких кристаллов в устройствах, а не в строительстве, был признан как в промышленности, так и в научных кругах, но коммерчески жизнеспособных продуктов еще не появилось. Сочетание естественного порядка, устойчивости к окружающей среде и простоты обработки вызвало интерес к использованию полимерных жидкокристаллических текстур в таких разнообразных приложениях, как нелинейная оптика, оптическое хранение данных и «ориентирующие носители» для проводящих полимеров. Поскольку структурные параметры имеют второстепенное значение, все текстуры активно исследуются. Представляют интерес подходы как с основной, так и с боковой цепью, цель

Страница 92 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

заключается в адаптации ориентационных и переходных состояний к конкретному желаемому конечному использованию. Возникающие проблемы включают достижение достаточной плотности активных частиц для производства материалов с конкурентоспособными показателями качества (например, концентрация диполей для нелинейных оптических приложений) и уравновешивание эффектов мезогенности с высокими и стабильными температурами использования. Ясно, что введение мезогенности в полимеры открывает широкие возможности для молекулярного дизайна, что в конечном итоге может привести к созданию материалов с очень специфическими и уникальными наборами свойств.

Пленки, мембраны и покрытия

Полимеры используются во многих областях, где их основная функция заключается в регулировании миграции малых молекул или ионов из одной области в другую. Примеры включают контейнеры, стенки которых должны удерживать кислород снаружи или углекислый газ и воду внутри; покрытия, защищающие подложки от воды, кислорода и солей; упаковочные пленки для защиты пищевых продуктов от загрязнения, окисления или обезвоживания; так называемые «умные упаковки», которые позволяют овощам дышать, уравновешивая передачу кислорода и углекислого газа, чтобы они оставались свежими в течение длительного времени хранения или транспортировки; тонкие пленки для контролируемой доставки лекарств, удобрений, гербицидов и т. д.; ультратонкие мембраны для разделения смесей жидкостей. Эти разнообразные функции могут быть достигнуты отчасти потому, что проницаемость для небольших молекул по механизму растворения-диффузии может варьироваться в огромных пределах путем манипулирования молекулярной и физической структурой полимера. Полимер, который имеет самую низкую проницаемость для газов, представляет собой сухой поли(виниловый спирт), а недавно открытый поли(триметилсилилпропин) является наиболее проницаемым полимером, известным на сегодняшний день. Диапазон между этими пределами для газообразного кислорода составляет 10 9 раз.0693 10 . Множество факторов, включая свободный объем, межмолекулярные силы, жесткость цепи и подвижность, действуют вместе, чтобы вызвать этот огромный диапазон транспортных свойств. Недавние экспериментальные работы позволили многое понять, в то время как попытки смоделировать диффузионный процесс с помощью молекулярной механики находятся на очень примитивной стадии. Очевидно, что существует потребность в руководстве по молекулярному дизайну полимеров для каждого из типов применений, более подробно описанных ниже. Кроме того, необходимы инновации в обработке.

Барьерные полимеры

Как было показано ранее, в настоящее время для производства упаковки требуется примерно одна треть производства термопластичных полимеров для изготовления широкого спектра жестких и гибких конструкций упаковки (см. рис. 3.2). Эти упаковки должны обладать различными свойствами, но одним из наиболее важных является предотвращение проникновения загрязняющих веществ, особенно кислорода, в то время как важные компоненты, такие как углекислый газ, ароматизаторы и влага, остаются внутри. Металлы и стекло обычно являются почти идеальными барьерами, в то время как полимеры всегда имеют конечную проницаемость, которая может ограничивать

Страница 93 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

срок годности продуктов, которые они защищают. Несмотря на этот недостаток, легкий вес, низкая стоимость, простота изготовления, прочность и прозрачность полимеров побудили производителей перейти от упаковки из металла и стекла к полимерной упаковке. Полимеры часто обеспечивают значительную экономию сырья, изготовления и транспортировки, а также повышенную безопасность для потребителя по сравнению со стеклом; однако эти преимущества необходимо сопоставлять со сложными проблемами жизненного цикла, которые сейчас решаются. Следующее обсуждение иллюстрирует текущее состояние этой технологии, ее проблемы и будущие возможности.

Существуют определенные полимерные молекулярные структуры, обеспечивающие хорошие барьерные свойства; однако эти структурные особенности, по-видимому, неизменно приводят к другим проблемам. Например, полярные структуры поли(винилового спирта), полиакрилонитрила и поли(винилиденхлорида) делают эти материалы чрезвычайно хорошими барьерами для кислорода или углекислого газа при определенных условиях, но каждый материал очень трудно расплавить по одной и той же причине. Хорошие барьерные свойства обусловлены сильными межцепочечными силами, вызванными полярностью, которые очень затрудняют диффузионные скачки молекул пенетранта. Для преодоления этих же сил путем нагревания, чтобы полимерные цепи могли перемещаться относительно друг друга в расплаве, требуются температуры, которые вызывают химическое разложение этих реактивных материалов по различным механизмам. Таким образом, ни поли(виниловый спирт), ни полиакрилонитрил нельзя перерабатывать в расплаве в чистом виде. Обработка этих материалов растворителями или их использование для изготовления сополимеров снижает их ценность. Поли(виниловый спирт) в силу своей способности образовывать водородные связи очень гигроскопичен, вплоть до растворимости в воде, и это свойство не позволяет использовать его в качестве барьерного материала в чистом виде, даже если его можно перерабатывать в расплаве. В общем, полярность благоприятствует хорошим барьерным свойствам для кислорода, но приводит к плохим барьерным свойствам для воды. Это верно для алифатических полиамидов (нейлон). С другой стороны, очень неполярные материалы, такие как полиэтилен и полипропилен, являются отличными барьерами для воды, но не для кислорода. Этот компромисс свойств и технологичности привел к интересу к композитным структурам. «Композиты» могут быть на молекулярном уровне (сополимеры), микроуровне (смеси) или макроуровне (многослойные материалы)9.0005

Привлекательные барьерные характеристики поли(винилового спирта) были реализованы с помощью сополимеров, и это достижение привело к созданию некоторых важных коммерческих продуктов с использованием умной молекулярной инженерии и процессов, которые сводят к минимуму недостатки водопоглощения и отсутствия возможности переработки расплава. Сополимеры, содержащие звенья этилена и винилового спирта, производятся в промышленных масштабах, начиная с сополимеров этилена и винилацетата и затем их гидролизуя. Критически балансируя структуру этих материалов, можно получить перерабатываемые в расплаве продукты, которые являются относительно хорошими барьерами с пониженной чувствительностью к влаге. Эти сополимеры включаются в многослойные структуры с помощью процессов совместной экструзии. Например, выдувные бутылки с пятью-семью слоями на боковой стенке используются в коммерческих целях для продажи очень чувствительных пищевых продуктов. Легкие, сжимаемые, устойчивые к излому бутылки для кетчупа уже появились на рынке. Слои сополимера этилена и винилового спирта обеспечивают кислородный барьер

Страница 94 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

для предотвращения порчи чувствительной томатной основы, а слои полипропилена обеспечивают водный барьер, предотвращающий обезвоживание при хранении. Промежуточные слои часто необходимы для приклеивания функциональных слоев друг к другу, когда они сильно различаются по химической структуре. Иногда включается смешанный слой для размещения переработанного материала из процесса. Барьерная функция также может быть обеспечена металлической фольгой или покрытиями из других полимеров или неорганических слоев на контейнерах. Конечно, композитные конструкции сложнее перерабатывать. Слои на основе полимеров на основе галогенов при сжигании выделяют кислые газы. Примирение этих вопросов станет главной задачей в течение следующего десятилетия.

Одним из основных достижений за последние два десятилетия стала замена стекла пластиком в бутылках для продажи безалкогольных напитков. Движущими силами для этого преобразования были вопросы стоимости, веса, безопасности и общей энергии. Коммерциализация этой технологии с использованием полиэтилентерефталата или ПЭТ включала инновационные разработки в области обработки для увеличения молекулярной массы (твердофазная реакция) и изготовления (литье под давлением с раздувом) для получения высокоориентированной и прозрачной бутылки. Проницаемость ПЭТ для диоксида углерода обеспечивает достаточный срок хранения для очень успешного сбыта больших 2-литровых продуктов; однако бутылки меньшего размера, такие как пол-литровые, с более высоким отношением поверхности к объему, имеют более короткий срок хранения. ПЭТ также легко перерабатывается, и в этой области достигнут значительный прогресс. Однако ПЭТ до сих пор не смог добиться успеха на рынке упаковки для пива, среди прочего, из-за предельных характеристик кислородонепроницаемости. Известны полиэфиры с гораздо лучшими свойствами, такие как полиэтиленнафталин-2,6-дикарбоксилат, но они еще не стали коммерческими, поскольку не разработаны экономичные способы получения сырья.

Текущие направления деятельности включают разработку упаковки, которую можно непосредственно разогревать в микроволновой печи, например, упаковки для супов на одну порцию, а также упаковки с контролируемой атмосферой, способной сохранять фрукты и овощи свежими в течение нескольких недель. Успехи в последней области могут революционизировать сельское хозяйство и пищевую промышленность мира с точки зрения того, где выращивается продукция, как она распределяется и кто имеет к ней доступ. Есть несколько явных фундаментальных проблем для разработки новых барьерных материалов, которые являются экономичными, перерабатываемыми в расплаве и экологически безопасными, но значительно лучше, чем существующие, с точки зрения проницаемости для кислорода, воды и масла.

Мембраны

Мембранные процессы, которые обеспечивают множество полезных функций для общества, обычно с меньшими затратами, особенно с точки зрения энергии, сравнительно недавно приобрели существенное коммерческое значение. Большинство используемых мембран изготовлено из полимеров. Было подсчитано, что мировые продажи мембран в 1990 году составляли порядка 2 миллиардов долларов (вспомогательное оборудование, связанное с мембранными системами, увеличивает эту стоимость в несколько раз) и что эта отрасль растет.0005

Страница 95 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

г. от 12 до 15 процентов в год (Strathman, 1991). Соединенные Штаты явно лидируют, но Европа и Япония быстро набирают обороты. Есть интерес и к другим материалам, таким как керамика, но очевидно, что полимеры будут доминировать в большинстве областей применения. По большей части основным ограничением мембранной технологии является производительность самой мембраны; следовательно, устойчивый рост требует новых разработок мембранных материалов и изготовления мембран.

Мембраны используются для получения питьевой воды из морской и солоноватой воды, для очистки промышленных стоков, для извлечения водорода из отходящих газов, для производства воздуха, обогащенного азотом и кислородом, из воздуха, для повышения качества топливных газов и для очистки молекулярных растворов в химической и фармацевтической промышленности. Они являются ключевыми элементами искусственных почек и систем контролируемой доставки лекарств. В основном мембраны могут функционировать одним из двух основных способов, в зависимости от выполняемого разделения и структуры мембраны.

Некоторые мембраны действуют как пассивные фильтры, хотя обычно в очень малых масштабах. Эти мембраны имеют поры, через которые течет жидкость, но поры удерживают более крупные частицы, коллоиды или макромолекулы (например, белки). В зависимости от масштаба пор и растворенного вещества или частиц операции подразделяются на ультрафильтрацию, микрофильтрацию и макрофильтрацию. Материал определяет способ формирования мембраны и особенно размер и распределение пор. Мембраны на основе пористых полимеров изготавливают с помощью процессов растворения, механического растяжения, экстракции или процессов ионной бомбардировки. Природа материала мембраны является ключевым фактором устойчивости к повреждениям и загрязнению, а также совместимости с жидкой фазой (например, кровью).

Когда мембрана непористая, полимер является более непосредственным участником процесса переноса. Проникновение через мембрану включает растворение пенетранта в полимере и затем его диффузию на другую поверхность, т. е. механизм растворения-диффузии. Термодинамическая растворимость и кинетические коэффициенты диффузии пенетрантов в полимерах критически зависят от молекулярной структуры пенетранта и полимера и их взаимодействия. Это механизм, с помощью которого функционируют мембраны обратного осмоса, газоразделения и первапорации.

Для того чтобы иметь полезные высокие темпы производства в мембранных процессах, как правило, необходимо иметь очень тонкие мембраны и очень большую площадь мембраны, упакованную в небольшие объемы. Для достижения обеих целей были разработаны оригинальные подходы. Мембраны могут быть в виде плоского листа, свернутого в спираль для упаковки в модули, или в виде очень тонких полых волокон. В любом случае мембрана имеет очень тонкую плотную оболочку (от 0,01 до 2 микрометров [мкм]), которая является селективным элементом, контролирующим скорость, и покрывает гораздо более толстую пористую субструктуру, обеспечивая механическую поддержку или целостность при минимальном сопротивлении проникновению. Обшивка и подконструкция могут быть цельными, изготовленными из одного и того же материала. Способ изготовления таких асимметричных мембран был открыт в 19 в.60-х годов и впервые был применен для изготовления мембран обратного осмоса, а затем для изготовления мембран для разделения газов. Это

Страница 96 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

был центральным изобретением, которое сделало возможным большинство современных мембранных технологий. Позже были разработаны различные концепции композитных мембран, которые имеют то преимущество, что оболочка и пористая основа не являются единым целым и фактически могут быть изготовлены из разных материалов. Это особенно полезно, когда материал активной кожи очень дорог. В настоящее время используются мембраны обратного осмоса и газоразделения обоих типов.

Почти во всех секторах мембранной промышленности наблюдается рост; однако возможности будущего влияния новой полимерной технологии кажутся несколько неравномерными. Например, одним из основных ограничений использования процессов типа ультрафильтрации в растущей сфере биотехнологии является тенденция к загрязнению поверхности белком и родственными макромолекулами. Открытие новых мембранных материалов или способов обработки поверхности, которые решат эту проблему, будет иметь большое значение.

Интенсивные исследования полимеров, связанных с обратным осмосом, в течение 1960-е и 1970-е годы привели к промышленной установке опреснительных установок по всему миру. Используемые мембраны изготавливаются из ацетата целлюлозы и полиамидов. Будущие потребности в пресной морской воде могут стимулировать возобновление исследовательского интереса в этой области. В настоящее время большая часть усилий направлена ​​на разработку мембран обратного осмоса и процессов удаления из воды органических загрязнителей, а не солей.

Газоразделение, безусловно, является одной из наиболее активных и перспективных областей мембранной технологии для полимерной науки и техники (рис. 3.8). Первые коммерческие мембраны, представленные в конце 1970s представляли собой полые волокна, изготовленные из полисульфона с использованием уникальной технологии удаления мельчайших дефектов поверхности. С тех пор в Соединенных Штатах были представлены другие полимеры, включая ацетат целлюлозы, полидиметилсилоксан (ПДМС), этилцеллюлозу, бромированный поликарбонат и полиимиды. Первыми материалами, выбранными для этой цели, были просто доступные коммерческие полимеры, обладающие соответствующими свойствами. Новые поколения материалов, специально предназначенных для разделения газов, находятся в поиске, чтобы открыть новые возможности для бизнеса. Ключевые вопросы связаны с определенными компромиссами. Полимер должен быть достаточно растворимым, чтобы его можно было изготовить в виде мембраны, но он должен быть устойчивым к химическим веществам, которые могут находиться в разделяемых потоках сырья. Мембрана должна иметь высокую внутреннюю газопроницаемость для достижения высокой производительности, но проницаемость должна быть избирательной; то есть один газ, например O 2 , должен проникать намного быстрее, чем другой, например, N 2 . Новые полимеры, проницаемость и селективность которых выше, чем у современных мембранных материалов, разрабатываются путем синтеза новых структур, которые предотвращают плотную молекулярную упаковку, обеспечивая тем самым высокую проницаемость, в то же время ограничивая движения цепей, снижающие селективность.

Первапорация – это процесс, при котором жидкость подается в мембранный процесс, а пар удаляется. Разница в составе между двумя потоками определяется кинетикой проникновения, а не парожидкостным равновесием, как при простом испарении. Таким образом, первапорация полезна для разрушения азеотропов и

Страница 97 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

РИСУНОК 3.8 Промышленная установка (вверху) мембранного сепаратора, используемого в сочетании с системой короткоцикловой адсорбции для извлечения 90 процентов газообразного водорода, который обычно теряется в потоке отходов. Также показана (внизу) отрезанная часть пучка из тысяч крошечных полых волокон, изготовленных из полисульфона, встроенных в эпоксидную трубчатую решетку, которая подходит к каждому показанному трубчатому модулю. ИСТОЧНИК: Фотографии предоставлены Permea Inc., Сент-Луис.

Страница 98 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

обычно используется для разделения спирта и воды, что становится все более важным по мере внедрения биотехнологических процессов. Европа и Япония, кажется, являются лидерами исследований в этой области. Необходимы крупные прорывы в мембранных материалах и производстве, и они кажутся возможными.

Покрытия

Лакокрасочная промышленность США использует около 2,6 × 10 9 фунтов полимеров в год и преобразует их в покрытия с объемом продаж около 11 миллиардов долларов. Эти покрытия наносятся на товары стоимостью от 1 до 2 трлн долларов. Например, типичная стоимость краски для дома составляет около 500 долларов; на машине 200 долларов; а на холодильник — 50 долларов.

До начала 1970-х годов большинство покрытий содержало только от 15 до 30 процентов твердых веществ краски, а остальные 70-85 процентов составляли органические растворители, которые выделялись в виде загрязнителей воздуха при высыхании пленки. С тех пор сокращение выбросов растворителей стало самой важной движущей силой технологических изменений. В настоящее время продаются два вида покрытий со 100-процентным содержанием твердых частиц для специализированного применения. Порошковые покрытия наносят электростатически, а затем оплавляют. Радиационно-отверждаемые покрытия основаны на жидких олигомерах, не содержащих растворителей, которые реагируют на отверждение ультрафиолетом или электронным лучом. Покрытия с высоким содержанием твердых частиц на основе растворителей играют все более важную роль. Они часто основаны на олигомерах, содержащих гидроксильные группы в качестве мест сшивания. Сшивка осуществляется метилолированными или алкоксиметилолированными азотистыми (амино) соединениями на основе формальдегида. Тепловое отверждение, катализируемое кислотой, вызывает образование множественных поперечных связей на основе эфира. С другой стороны, олигомеры с функциональными гидроксильными группами сшиваются изоцианатами с образованием уретанов. Другие распространенные покрытия с высоким содержанием нелетучих компонентов обладают функциональностью олифы и сшиваются путем окисления воздухом. Такие покрытия с высоким содержанием твердых частиц в настоящее время содержат от 20 до 50 процентов летучих органических соединений (ЛОС). ЛОС включают растворители, побочные продукты реакции сшивания и амины, используемые для блокирования катализаторов. Роль покрытий на водной основе в сокращении выбросов ЛОС значительно возросла за последние несколько лет. Эти покрытия в основном основаны на латексных полимерах с высокой молекулярной массой и содержат некоторые органические растворители, способствующие образованию пленки и смачиванию. С другой стороны, водные покрытия основаны на низкомолекулярных гидрофильных полимерах, которые, в отличие от латексов, синтезируются не в воде, а в органических растворителях и впоследствии диспергируются в воде. Отношение летучих органических соединений к твердым веществам краски в водных покрытиях в настоящее время составляет от 1:1 до 2:1. Экологические проблемы, связанные с сокращением содержания летучих органических соединений, были решены за счет недавно разработанных покрытий, основанных на новой химии полимеров, которые часто обеспечивают лучшие характеристики, чем традиционные покрытия. В частности, была улучшена устойчивость к атмосферным воздействиям и агрессивным средам (включая кислотные дожди) не только для покрытий, отверждаемых при нагревании, но и для покрытий, отверждаемых при комнатной температуре. Снижение температуры отверждения позволило применить

Страница 99 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

для различных конструкционных пластиков, которые начинают заменять металлы во многих продуктах.

Взаимосвязь структура-свойство для большого разнообразия новых полимеров плохо изучена. Фактически, быстрая эмпирическая разработка новых покрытий опередила наше научное понимание. Несколько примеров иллюстрируют это. Самая сложная система смолы покрытия не может быть описана исключительно мономерным составом в целом. В настоящее время синтезируются латексы, в которых состав мономеров изменяется ступенчато или постепенно от центра к поверхности частиц. Например, высокая T г (температура стеклования) ядро ​​и низкая оболочка в латексных частицах обеспечивают относительно твердое покрытие (относительно высокой T г ) с легкостью образования пленки (относительно низкая T г ). Поскольку частицы латекса очень малы, обычно от 50 до 300 нанометров (нм), целесообразно смешивать с ними термодинамически несовместимые полимеры. Наслоение, как описано выше, является одним из примеров. Акриловые мономеры могут полимеризоваться в уретановые латексы, что приводит к разделению на микрофазы внутри латексных частиц или к образованию взаимопроникающих полимерных сетей. С другой стороны, латексы разного состава синтезируются отдельно, а затем смешиваются. Также латексы можно смешивать с отдельно синтезированными низкомолекулярными водорастворимыми полимерами. В основе одного покрытия могут быть несколько полимеров, сильно различающихся по составу: полярные и неполярные виниловые полимеры, уретаны, эпоксидные, полиэфирные и алкидные смолы. Таким образом, реология, смачивающие свойства, реакционная способность и химическая стойкость покрытий могут быть оптимизированы по сравнению с тем, что может быть получено с помощью отдельных полимерных систем.

Помимо снижения содержания летучих органических соединений, еще одной движущей силой изменений является устранение токсичных ингредиентов из покрытий. Некоторыми из нескольких источников токсичности являются сшивающие агенты для гидроксифункциональных полимеров: изоцианаты или формальдегид в амино-сшивающих агентах. Ведутся поиски новых механизмов перекрестных связей. Многообещающие ранние результаты включают реакции карбоксильных групп с эпоксидными смолами или азотсодержащими гетероциклами. Многообещающе выглядит реакция Михаэля акриловых двойных связей с аминами или активированными метиленовыми группами. Кетоны или α,β-дикетоны реагируют с аминами или карбогидразидами. Силан-функциональные полимеры сшиваются под воздействием атмосферной влаги. Некоторые из этих новых систем обеспечивают химически стойкие поперечные связи даже при температуре окружающей среды, что является большим преимуществом для применений, где отверждение при высоких температурах невозможно, таких как авторемонт, авиация, инструменты, пластмассы, деревянная мебель и архитектура. Новые, очень инертные смолы в покрытиях часто обеспечивают хорошую защиту от коррозии, что позволяет использовать нетоксичные ингибиторы коррозии, не содержащие хрома. Кроме того, некоторые новые полимеры обеспечивают улучшенное взаимодействие с трудно диспергируемыми пигментами, так что токсичные пигменты на основе свинца или хрома можно легко заменить полностью органическими пигментами. Большое разнообразие смол, доступных в настоящее время для покрытий, позволяет исключить токсичные ароматические растворители и растворители на основе этиленоксида из покрытий с высоким содержанием твердых частиц или водных покрытий.

Поскольку Соединенные Штаты начали вводить законодательство по контролю за окружающей средой

Страница 100 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

раньше, чем в других странах, лакокрасочная промышленность США быстро завоевала международное техническое лидерство в области экологически чистых покрытий. Эти новые технологии теперь доступны на международном уровне. Тем не менее, потенциал для дальнейшего снижения содержания летучих органических соединений и токсичных ингредиентов, а также для дальнейшего улучшения характеристик покрытия огромен.

Для дальнейшего прогресса необходимо лучшее понимание твердой и жидкой реологии и термодинамики сложных систем смол. Также необходимы новые химические подходы для прецизионного синтеза и сшивания полимеров и олигомеров. Водные полимерные системы являются особенно благодатной почвой для новых исследований. Получение сложных акриловых латексов, уретановых латексов, эпоксидных дисперсий, солюбилизированных полиэфиров, алкидов и виниловых смол все еще остается эмпирическим искусством.

Неорганические полимеры

Материалы, описанные выше, состоят в основном из полимерных молекул на основе ковалентно связанных цепей, в которых углерод является основным элементом. Полиэтилен, полистирол, поли(метилметакрилат) и поли(винилхлорид) основаны на углеродных цепях с разными боковыми группами. Азот и кислород также могут быть включены в полимерные цепи, как в полиамидах (нейлонах) и сложных полиэфирах, но атомы углерода разделяют гетероатомы. Принимая во внимание важность и разнообразие органических полимеров, природных и синтетических, примечательно, что химия углерода настолько уникальна и доминирует.

Существуют и другие полимеры, в которых углерод менее преобладает. В полипептидах и белках на каждые два атома углерода приходится один атом азота, и их большое разнообразие полностью обусловлено различиями в группах, присоединенных к альфа-атому углерода. Однако все эти материалы являются полностью «органическими» по своему характеру. Полиоксиметилен представляет собой полимер с чередующимися кислородом и углеродом вдоль основной цепи. Это частично кристаллический формовочный компаунд. Поли(этиленоксид) с двумя атомами углерода на каждый кислород в цепи представляет особый интерес из-за его растворимости в воде.

Цепи, не содержащие углерод (C), существуют, и практически безграничное композиционное и структурное разнообразие доступно благодаря использованию большего количества периодической таблицы. Одним из таких примеров является кремний, который находится в той же группе, что и углерод в периодической таблице. Виньетка «Силиконы» исследует свойства и применение. Однако в настоящее время семейство полисилоксанов является наиболее важным. Эти материалы доступны уже несколько десятилетий в виде жидкостей, гелей, смазок и эластомеров, которые обладают хорошей стабильностью и свойствами. Они представляют собой наиболее тщательно изученный и широко коммерциализированный класс неорганических полимеров. Хотя цепь полностью неорганическая — с чередующимися одиночными атомами кремния (Si) и кислорода (O) — к атомам кремния присоединены органические боковые группы (обычно метильные или фенильные). Многие области применения полисилоксанов обусловлены необычайной гибкостью силоксановой основной цепи. Связь Si–O значительно

Страница 101 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

СИЛИКОНЫ

Начиная с 1942 года бомбардировщики B-17 перегонялись с заводов в США на авиабазы ​​в Великобритании. Но прежде чем «Летающие крепости» смогли пересечь Атлантику, не говоря уже о набегах на немецкие заводы, необходимо было решить серьезную проблему. Разреженный воздух на крейсерских высотах может быть ионизирован высоковольтным электричеством системы зажигания самолета. Эффект невелик в относительно сухом воздухе над сушей, но водяной пар во влажном океаническом воздухе очень чувствителен. Влажный воздух проникал в крошечные поры в резиновых проводах, изолирующих систему зажигания. Вскоре пилот заметит голубое свечение вокруг передней кромки гондолы двигателя — электрическая дуга, идущая от свечи зажигания к цилиндру и замыкающая свечу. Двигатель начинал давать пропуски зажигания и в конечном итоге полностью умирал, когда отказывались другие поршни. Если более одного двигателя выйдет из строя, экипажу, возможно, придется угробить, и «Форт» потеряется в море. Ответом оказался силиконовый полимер, разработанный для гидроизоляции электрического оборудования на борту подводных лодок. Обильно нанесенная на провода свечей зажигания и кожухи, силиконовая смазка сохраняла провода сухими, а бомбардировщики находились в воздухе — фактически она применялась ко всем бомбардировщикам США на протяжении всей войны.

Силиконы представляют собой полимеры, основу которых составляют длинные гибкие цепочки чередующихся атомов кремния и кислорода. С хребта свисают боковые цепочки, как подвески на браслете, обычно небольшие, на основе углерода, и выбор этих боковых цепей придает силиконам замечательный диапазон свойств. Водоотталкивающая смазка имеет маслянистые неполярные боковые цепи, такие как метильные группы. Неполярные боковые цепи и полярные молекулы воды не смешиваются, отталкивая воду от силикона.

Другое применение силиконов зависит от тщательного баланса между полярными и неполярными боковыми цепями. Небольшие количества силиконовых пенообразователей контролируют размер пузырьков в пенополиуретанах. Высокая доля полярных боковых цепей делает пену более пенистой. Пузырьки становятся больше, образуя открытые поры и образуя мягкую пену, которую можно найти в автомобильных сиденьях и подушках мебели. Уменьшите количество полярных боковых цепей, и пузырьки останутся маленькими. Эти крошечные пузырьки не раскрываются, образуя поры, а пена представляет собой гораздо более жесткое твердое вещество, используемое для изоляции.

Силиконы обладают и другими, казалось бы, противоречивыми свойствами. Силиконовая смола, покрывающая форму для хлеба в пекарне, предотвращает прилипание свежеиспеченного хлеба к форме, а жидкий силиконовый полимер на формах на шинных заводах делает то же самое для новых шин. Но добавление «смолы, придающей клейкость», делает силикон липким и образует проницаемый для лекарств контактный клей, используемый на участках кожи, содержащих никотин (для курильщиков, которые пытаются бросить курить) или скополамин (для страдающих морской болезнью, которые пытаются не потерять его).

Кремний и кислород — два самых распространенных элемента на Земле, и они естественным образом соединяются, образуя силикаты, в том числе стекло и такие минералы, как кварц и гранит. Эти два элемента были впервые объединены синтетически — в виде силиконов — в Соединенных Штатах в 1930-х годах. Первоначально они были дорогими и неудобными в изготовлении, но открытие более дешевого и простого метода их производства, совпавшее с интересом к их новым свойствам, вызванным Второй мировой войной, положило начало лавине исследований новых применений этих универсальных полимеров, которые продолжаются. сегодня неутихает.

Страница 102 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

длиннее, чем связь C–C, атомы кислорода не обременены боковыми группами, а угол связи Si–O–Si, равный 143 градусам, гораздо более открыт, чем обычный тетраэдрический угол в 110 градусов. Эти комбинированные структурные особенности повышают динамическую и равновесную гибкость цепи, в результате чего, например, температура стеклования полидиметилсилоксана составляет -125°С. Важные области применения включают высокоэффективные эластомеры, мембраны, электрические изоляторы, водоотталкивающие герметики, клеи, защитные покрытия, а также гидравлические, теплопередающие и диэлектрические жидкости. Полисилоксаны также обладают высокой проницаемостью для кислорода и хорошей химической инертностью, что приводит к ряду медицинских применений, таких как мягкие контактные линзы, искусственная кожа, системы доставки лекарств и различные протезы.

Другое семейство неорганических полимеров — полифосфазены — основано на цепочке чередующихся атомов фосфора (P) и азота (N). Было синтезировано более 300 различных полимеров, в основном путем варьирования боковых групп. Боковые группы могут быть органическими, неорганическими или металлоорганическими лигандами. Природа боковых групп влияет на гибкость скелета, растворимость, показатель преломления, химическую стабильность, гидрофобность, электронную проводимость, нелинейную оптическую активность и биологическое поведение. Таким образом, путем выбора соответствующей боковой группы полифосфазены могут быть адаптированы для различных применений. Эти материалы получают методами, которые мало контролируют стереорегулярность, и, следовательно, полифосфазены со смешанными заместителями являются аморфными. Были достигнуты такие низкие температуры стеклования, как -100°C, и для этого семейства характерны эластомерные характеристики в широком диапазоне температур. Фторалкоксизаместители дают устойчивые к углеводородам материалы, которые можно использовать в качестве топливопроводов, уплотнительных колец и прокладок в сложных условиях. Боковые эфирные группы координируют ионы лития, что позволяет использовать их в качестве полимерных электролитов для высокотехнологичных аккумуляторов. Простота замены боковых групп также привела к новым применениям в биомедицинских материалах. Гидрофобные полимеры, такие как поли[бис(трифторэтокси)фосфазен], сводят к минимуму взаимодействие с «инородным телом», которое обычно происходит, когда неживые материалы имплантируются в контакте с живыми тканями, такими как кровь. Таким образом, гидрофобные полифосфазены являются хорошими кандидатами для замены сердечно-сосудистой системы или в качестве покрытий для кардиостимуляторов и других имплантируемых устройств. Гидрофильные или смеси гидрофильных и гидрофобных групп могут быть замещены для получения гидрофильных или амфифильных полимеров, преднамеренно предназначенных для стимуляции адгезии или инфильтрации тканей или для создания биохимической реакции. К сожалению, хотя полифосфазены представляют собой интересный класс материалов, обладающих физическими и химическими характеристиками, позволяющими использовать их во многих областях, их производство обходится дорого, и, следовательно, коммерческий успех был скромным.

Полисиланы (также называемые полисилиленами) были предметом исследовательского интереса в течение последнего десятилетия. Эти полностью кремниевые цепи с боковыми алкильными или фенильными группами аналогичны виниловым полимерам, но они сделаны из силилдихлоридов, а не из аналога этилена. Линейные и сшитые

Страница 103 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

Можно изготовить

структур, что приводит к материалам, которые являются стеклообразными, эластомерными или частично кристаллическими. Цепочки атомов кремния гибки. Применение, которое было предложено для полисиланов, включает предшественники керамики (для карбида кремния), фоторезисты, фотоинициаторы и нелинейно-оптические материалы. Использование этих неорганических полимеров в качестве керамических предшественников важно, потому что предшественник можно превратить в волокно, которое после обработки дает волокнистую керамику. Фактически, полисиланы являются основой процесса, коммерциализированного компанией Nippon Carbon Company для производства непрерывных волокон карбида кремния NICALON® для использования в таких областях, как керамические композиты, армированные волокнами. Поли(диметилсилан) или циклический олигомер нагревают до 450°С для получения поликарбосилана, из которого можно формовать волокна. Волокна сначала нагревают на воздухе, чтобы создать оболочку из кремнезема, которая предотвращает плавление волокна при последующем пиролизе в N 9.0635 2 для производства карбида кремния (SiC).

Полифосфаты представляют интерес сами по себе неорганическими полимерами, но их наиболее важная роль заключается в том, что они служат частью повторяющейся единицы в полинуклеотидах. Поэтому последовательность фосфатов широко изучается в отношении функций биополимеров, например, в репликации. Также были получены полисилазаны с чередованием кремния и азота в основной цепи. Хотя эти материалы не были так широко изучены, как полисиланы, было продемонстрировано, что их можно использовать в качестве прекурсоров для керамики из нитрида кремния.

Гибридные системы, которые объединяют органические лиганды, полимеры или сети с неорганическими полимерами или сетями, часто называемые CERAMERS или ORMOCERS (органически модифицированная керамика), представляют собой одни из самых структурно разнообразных и изменяющихся по составу полимерных материалов. Органические заместители могут быть выполнены в виде боковых групп, которые модифицируют неорганический полимер или сеть, как в поли(органосилоксанах), в виде олигомеров или полимеров, ковалентно связанных с неорганической сетью, в виде взаимопроникающих сетей или в виде комбинации двух или более из этих функций. Гибридные системы чаще всего синтезируют методом низкотемпературного золь-гель гидролиза с использованием комбинаций алкоксидов металлов и алкилзамещенных и органофункциональных алкоксисиланов: M(OR) n + R 2 Si(OR) 2 + YR’Si(OR) 3 , где R представляет собой алкильную группу, R’ представляет собой алкилен и Y представляет собой органофункциональную группу, такую ​​как винил , эпоксидная смола или метакрилат.

Гибридные системы потенциально могут сочетать полезные свойства как органических, так и неорганических полимеров. Например, титансилоксановые полимеры на основе эпоксидной смолы можно наносить при комнатной температуре и отверждать при 90°C для получения устойчивых к истиранию тонких пленок оптического качества в качестве защитных покрытий на линзах очков (и других оптических элементах), изготовленных из пластмасс, таких как полиметил метакрилат). Органическая сеть обеспечивает устойчивость и прочность, а неорганическая сеть обеспечивает твердость. Включение эластомеров, таких как полидиметилсилоксан и поли(тетраэтиленоксид), в неорганические сетки придает гибкость хрупким материалам, позволяя быстро обрабатывать большие сложные формы без образования трещин. Независимый свободный радикал и гидролиз

Страница 104 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

9Реакции конденсации 0002 использовались для разработки гибридных гелей, которые не дают усадки при высыхании.

Выделение молекул органических красителей, жидких кристаллов или биологически активных веществ в неорганических или гибридных матрицах привело к созданию широкого спектра композитных оптических материалов, которые в настоящее время разрабатываются в качестве лазеров, датчиков, дисплеев, фотохромных переключателей и нелинейных оптических устройств. . Эти материалы превосходят композиты с органической матрицей, поскольку неорганическая матрица (обычно двуокись кремния) обладает большей пропускающей способностью и менее подвержена фотодеградации. Органические молекулы, встроенные в неорганические матрицы, также могут служить шаблонами для создания пористости. Удаление шаблонов термолизом, фотолизом или гидролизом создает поры четко определенных размеров и форм. Неорганические материалы с заданной пористостью в настоящее время представляют интерес для мембран, сенсоров, катализаторов и хроматографии.

Неорганические, металлоорганические и гибридные полимеры и сетки представляют потенциально огромный класс материалов с практически неограниченными задачами синтеза и обработки. Предполагается, что будущие исследования продолжат изучение периодической таблицы в поисках новых комбинаций материалов, новых молекулярных структур и улучшенных свойств. Гибридные системы представляются особенно богатыми для исследований в области многофункциональных материалов, то есть интеллектуальных материалов, выполняющих одновременно несколько оптических, химических, электронных или физических функций. Ожидается также разработка гибридных материалов, обладающих необыкновенной прочностью и стойкостью к излому природных материалов, таких как панцирь и кость. Замечательная универсальность полифосфазенов и полисилоксанов будет по-прежнему использоваться для биомедицинских приложений, таких как доставка лекарств и замена органов и мягких тканей, а также усовершенствованные эластомеры, покрытия и мембраны.

Будущее прекерамических полимеров и золь-гелевых систем кажется светлым. Серьезной задачей является разработка способов синтеза чистой, стехиометрической неоксидной керамики, особенно SiC, которая обладает способностью к формованию и высоким выходом керамики. Будут изучены новые синтетические подходы, такие как подходы «молекулярных строительных блоков» к многокомпонентной керамике для получения сверхпроводящих, сегнетоэлектрических, нелинейно-оптических и ионных проводящих фаз, в основном в форме тонких пленок. Использование золь-гель обработки для получения «индивидуальных» пористые материалы для применения в сенсорах, мембранах, катализаторах, адсорбентах и ​​хроматографии являются особенно привлекательной областью исследований и разработок.

ПЕРЕРАБОТКА ПОЛИМЕРОВ

Рост полимеров как в объеме, так и в количестве применений, как описано выше, частично связан с простотой их переработки. Вопреки распространенному мнению, пластмассы часто дороже стали (то есть в пересчете на фунт), но они также намного легче стали, стекла или алюминия. Большое преимущество полимеров заключается в том, что их можно обрабатывать многими способами. Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

функциональных применений, таких как покрытия для защиты поверхности, пленки для самых разных целей, волокна для тканей и ковровых покрытий, а также огромное разнообразие формованных форм.

Обработка расплавом

Обработка расплавом является наиболее широко используемым и обычно предпочтительным методом обработки. Он используется для полимеров, которые становятся жидкими при повышенных температурах, так что их можно экструдировать в волокна, пленки, трубки или другие линейные формы или формовать в детали сложной формы. Такие процессы включают в себя гораздо больше, чем просто изменение физической формы полимера; они также влияют на морфологию фаз, молекулярные конформации и т. д. и, в конечном счете, играют важную роль в характеристиках продукта.

Литье

Форма представляет собой полую форму, которая придает материалу окончательную форму в готовом изделии. Термин «формование» используется для процессов, связанных с реактопластами и термопластами, и включает литье под давлением, перенос, прессование и формование с раздувом. Процесс литья под давлением является наиболее распространенным методом изготовления пластиковых деталей. В этом процессе термопластичные гранулы расплавляются и перекачиваются к резервуару расплава с помощью вращающегося шнека. Когда расплавленного пластика накопилось достаточно, шнек погружается вперед, чтобы протолкнуть расплав в стальную форму. Пластик затвердевает при охлаждении, и форма открывается для извлечения детали. Время цикла литья под давлением варьируется от нескольких секунд до минут, в зависимости от пластика и размера детали. Формовочные машины стали очень сложными, и они способны выпускать большое количество формованных изделий практически без участия оператора. Нагретый пластик плотно прилегает к полированной поверхности пресс-формы, которая может иметь сложную форму, а изготовленная деталь обычно практически не требует дополнительной механической обработки или полировки. Форма и машина, которая подает пластик в форму, могут быть довольно дорогими; поэтому технология подходит только для деталей, необходимых в большом количестве. Тем не менее, литье под давлением — это процесс, способный обеспечить исключительно низкую стоимость по сравнению с производственными процессами для металлических или керамических деталей.

Некоторые из текущих проблем в области обработки полимеров включают разработку новых материалов, достижение большей точности, моделирование и разработку процессов, а также переработку. Некоторыми примерами новых материалов являются специальные смеси существующих полимеров, полимерные композиты с армированием волокнами и жидкокристаллические полимеры. Некоторые из этих новых материалов дороги, и им может быть трудно придать желаемую форму; однако они представляют ценность для оборонной и аэрокосмической промышленности в приложениях, в которых вес и производительность более важны, чем стоимость и технологичность. Напротив, в автомобилестроении и производстве бытовой техники используются менее дорогие материалы, которые легко формуются и имеют размер 9.0005

Страница 106 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

точно. Тем не менее, есть ограничения на то, что можно сделать, даже с обычными материалами. Расплавленные пластмассы вязкие, и для изготовления тонких деталей может потребоваться высокое давление. Кроме того, при охлаждении пластик дает усадку, и эту тенденцию необходимо компенсировать за счет использования больших полостей пресс-формы. Пресс-формы стоят дорого, от нескольких тысяч до миллионов долларов каждая.

Пластмассы реологически сложны, поэтому на свойства и размерную точность деталей из них могут влиять многие факторы. Существуют вариации в работе формовочной машины, небольшие колебания температуры и различия в молекулярной ориентации, вызванные течением в форму. Однако литье под давлением было доведено до уровней, допускающих допуски на мелкие детали в диапазоне микрометров. Среди высокоэффективных пластиков, которые были представлены для удовлетворения потребностей рынка высокоточных изделий, есть термотропные жидкокристаллические полимеры и низковязкие версии высокотемпературных материалов, таких как полиэфиримиды и полиарилсульфоны.

Прогресс в области обработки происходит быстрыми темпами, так как оперативные датчики, вычисления и обратная связь позволяют контролировать и оптимизировать процесс литья, о которых не могли и мечтать всего несколько лет назад. К важным параметрам относятся скорость впрыска, пиковое давление, давление выдержки и температура формы, а также менее очевидные факторы, такие как «длина подушки» и отсечка, зависящая от положения или давления. По мере того, как обрабатывающая промышленность учится использовать возможности новых машин и материалов, можно ожидать, что прецизионное литье под давлением будет и дальше проникать в область механически обрабатываемых металлических деталей.

Динамика процесса и свойства готового изделия в решающей степени зависят от условий течения и затвердевания вплоть до молекулярного уровня. По мере заполнения формы расплавленный полимер сначала затвердевает вдоль стенок. Материал, который находится дальше всего от стенки, течет быстрее, что приводит к сдвигу и молекулярному удлинению в области стенки. После прохождения фронта течения и заполнения формы центральные области затвердевают в условиях, при которых удлинение при сдвиге не является основным фактором. Этот процесс затвердевания приводит к морфологии, характеризующейся оболочкой из высокоориентированного полимера вокруг ядра из менее ориентированного материала. Два слоя механически и оптически различны. Контроль этих компонентов с помощью состава полимера и технологии обработки является центральным вопросом в производстве прецизионных высокопроизводительных деталей. Поверхностные эффекты наиболее очевидны в деталях, изготовленных из полимеров, которые кристаллизуются. Аморфные полимеры менее подвержены влиянию. Эти морфологические факторы имеют важные последствия для режима разрушения и механики разрушения готовой детали.

Дополнительные методы обработки, такие как литье под давлением с помощью газа и литье под давлением, получают промышленное признание. Поставщики материалов разрабатывают новые пластмассы с улучшенными характеристиками текучести и улучшенными

Страница 107 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

физических свойства. Компакт-диски можно изготавливать благодаря высокой текучести поликарбоната и процессу литья под давлением.

Важность литья под давлением, и особенно прецизионного литья под давлением, трудно переоценить. Экономия, которая может быть реализована при производстве механически сложных деталей, может способствовать возможности крупносерийного производства продукции. Например, системы связи будущего, такие как волоконная оптика для дома, обеспечивающая широкополосную информацию, зависят от многих изготовленных деталей, стоимость которых должна быть снижена, если концепции должны быть успешными. Решения на основе полимеров необходимы для достижения прогресса в различных областях.

В последнее время достигнут значительный прогресс в выдувном формовании, особенно в производстве бутылок для различных видов упаковки. Для этого рынка были разработаны специальные марки полимеров с уникальными реологическими свойствами благодаря широкому молекулярно-массовому распределению и разветвлению цепи. Процессы формования с раздувом и вытяжкой позволяют контролировать развитие ориентации цепи и кристаллической структуры таких материалов, как полиэтилентерефталат, для получения лучших барьерных свойств.

Экструзия

Процесс экструзии расплава обычно является наиболее удобным, экономичным и экологически благоприятным для производства пленки и листа. Основой таких процессов являются шнековые экструдеры, в которых вращающийся шнек транспортирует материал через нагретый цилиндр и формообразующую головку. Шнеки экструдера, которые могут быть очень сложными, проектируются с помощью обширного компьютерного моделирования. Часто смешивание, компаундирование и удаление летучих компонентов также связаны с технологическими составами, которые включают специальные добавки, такие как антиоксиданты, пластификаторы, антипирены, смазочные материалы, пигменты, наполнители и другие полимеры. Пленки формируются путем выдувания пленки из тонкостенных трубок или волочения и растяжки литых пленок. Оптимизация процесса требует фундаментального понимания свойств материала и характеристик обработки.

Свойства изготовленного продукта во многом определяются деталями производственного процесса. Влияющие переменные включают одноосную или двуосную ориентацию, степень кристалличности, морфологию аморфных и/или кристаллических областей, внутреннее напряжение и контроль размеров. Вся система — от проектирования материала, синтеза и рецептуры до разработки продукта и его обработки — должна учитываться для достижения оптимального выбора материала для конкретного применения. Все элементы системы важны. Материаловеды и инженеры, которые понимают взаимосвязь между структурой и свойствами и могут манипулировать молекулярным дизайном, тесно сотрудничают с инженерами-технологами и разработчиками продуктов в системном подходе, чтобы удовлетворить растущий спрос на экструдируемые полимеры, обладающие специфическими характеристиками.

Страница 108 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

Формование в твердом состоянии

Формование в твердом состоянии является одним из новейших методов обработки полимеров и особенно полезно для увеличения прочности и модуля полимерных материалов. Последнее включает в себя достижение морфологии с хорошо выровненными, вытянутыми и плотно упакованными цепями, что может быть достигнуто путем синтеза жестких стержнеобразных полимеров, содержащих паразамещенные ароматические структуры в основной цепи, или путем обработки обычных полимеров с гибкой цепью способами, которые приводят к аналогичным результатам.

В этом подходе к обработке высокоориентированная и вытянутая конформация цепи со значительно повышенным модулем растяжения может быть достигнута путем деформации термопластов в твердом состоянии с использованием экструзии или альтернативных методов вытяжки, таких как экструзия переохлажденных расплавов, а также путем вытяжки из геля или разбавлять текучие растворы. Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) был широко изучен, чтобы понять морфологические преобразования и потому, что теперь он может быть вытянут с одним из самых высоких удельных модулей растяжения и прочности как в форме волокна, так и в форме пленки.

Обработка в растворе

Не все полимеры могут быть получены удобными и экономичными методами обработки в расплаве; в некоторых случаях это нежелательно. Некоторые полимеры имеют такую ​​прочную межцепную связь, что не плавятся и не текут при нагревании до тех пор, пока не достигнут температуры, при которой происходит химическое разложение. Эти трудно поддающиеся формованию полимеры часто изготавливают, обычно в виде волокон или пленок, растворными методами. Некоторые хорошо известные примеры включают определенные целлюлозные и полиакрилонитрильные материалы, а также специальные полимеры для высокоэффективных волокон, такие как Nomex 9.0693 ® , кевлар ® и полибензимидазолы (см. виньетку «Полимеры прочнее стали»). Часто такие материалы растворяются только в агрессивных растворителях, таких как серная кислота. В обычном случае полимер растворяют до относительно высоких концентраций, и эти растворы экструдируют в виде волокон или пленки или отливают в пленки из растворителя. Полимер затвердевает путем удаления растворителя выпариванием в оптимизированных режимах сушки (сухое формование) или путем коагуляции и экстракции нерастворителем (мокрое формование). Целлюлоза, как правило, не растворяется без химической модификации, поэтому производство вискозного волокна включает ряд реакций, сначала для того, чтобы сделать полимер растворимым, а затем для его отверждения путем регенерации исходной целлюлозной структуры. Эти типы растворных процессов менее хорошо изучены, чем операции обработки расплава, из-за их дополнительной сложности и относительно небольшого внимания, уделяемого этой области из-за небольшого количества продуктов, производимых таким образом. Из-за необходимых стадий регенерации растворителя эти процессы, как правило, являются дорогостоящими. Производимые ими продукты часто имеют сложную морфологическую структуру, связанную со способом удаления растворителя, который может оставить остаточную пористость или другие структурные особенности, не характерные для материалов, изготовленных из расплава. В

Страница 109 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

ПОЛИМЕРЫ ПРОЧНЕЕ СТАЛИ

Полимеры часто представляют как мягкий пластик. Однако, когда некоторые полимеры превращаются в волокна, получаются поистине удивительные материалы. Все полимеры представляют собой длинные цепочечные молекулы, состоящие из множества более мелких молекул, связанных вместе. В гибких волокнах, таких как полиэстер, цепи частично релаксированы; то есть, когда мы прослеживаем полимерную цепь вдоль волокна, она проходит попеременно через области, которые являются хорошо упорядоченными и жесткими, и области, которые неупорядочены и более мягки. Однако цепи в этих новых жестких полимерах полностью вытянуты и лежат параллельно друг другу, как горсть сырых спагетти. Эти волокна неожиданно прочны для своего веса. Было обнаружено, что одно такое волокно, поли(парафенилентерефталамид), имеет предел прочности при растяжении выше, чем у стального волокна тех же размеров, но весит в пять раз меньше. Коммерческая разработка этого продукта была длительным и очень дорогим процессом. Для преобразования основного ароматического сырья в прочный полимер требуется более 12 капиталоемких стадий.

Ключом к реализации выдающейся прочности, присущей этим материалам, является процесс, с помощью которого полимер скручивается в волокна. Первые попытки использования традиционных методов, предусматривающих введение потока полимера непосредственно в охлаждающую ванну, не привели к получению необычного материала. Однако было обнаружено, что поднятие прядильной головки над охлаждающей водяной баней, в которую падает все еще расплавленное формованное волокно, придает волокну беспрецедентную прочность. Когда расплавленное волокно падает в охлаждающую ванну, молекулы полимера растягиваются и выравниваются. Затем ориентированные полимеры могут образовывать водородные связи между молекулами в соседних цепях, дополнительно укрепляя волокно. Поскольку молекулы полностью выровнены вдоль своей оси, силы, воздействующие на волокно, поглощаются прочными химическими связями, а не слабыми, слабо переплетенными цепями гибких полимеров.

Один из арамидных полимеров, кевлар®, спас жизнь многим солдатам и полицейским. Он обладает такой высокой ударопрочностью, что арамидный жилет, достаточно тонкий, чтобы его можно было удобно носить под рубашкой, остановит пулю так же эффективно, как и стальная пластина. Шлемы, которые носили во время операции «Буря в пустыне», также были сделаны из этого замечательного материала. Этот прочный и легкий материал в настоящее время заменяет стальные брекеры в радиальных шинах и используется во множестве других применений, требующих высокого отношения прочности к весу или устойчивости к коррозионным средам, таких как тросы, закрепляющие масляные опоры. буровые платформы в море.

Молекулярная структура полимера важна, но, как показано выше, ориентация молекул полимера по отношению друг к другу также играет большую роль в определении свойств конечного продукта. На ориентацию молекул может сильно повлиять выбор инженерами-химиками способа (способов) обработки материала, что позволяет использовать гораздо больше способов настроить полимеры для их применения, чем это возможно только с помощью химии.

Кроме того, потенциальные выбросы растворителей и воздействие на рабочих вызывают многочисленные опасения для окружающей среды и здоровья. Тем не менее, такие методы изготовления являются единственным доступным вариантом для некоторых критически важных материалов. Интерес к полимерам с очень высокой термостойкостью и другими особыми свойствами, вероятно, увеличит потребность в технологии обработки растворов, поскольку по характеру своих свойств такие материалы не могут быть получены из расплава.

Страница 110 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

В других случаях обработка раствора требуется из-за природы изготавливаемого продукта, а не из-за природы полимера. Нанесение определенных типов красок или покрытий удобнее всего осуществлять, делая полимер жидким путем растворения его в растворителе и затвердевания путем удаления растворителя. Изготовление расплава нельзя использовать для экономичного выполнения определенных операций, таких как покрытие таблеток (для контролируемой доставки) в фармацевтической промышленности. Формирование полимерных мембран со сложной структурой, состоящей из очень тонких пленок, покрывающих пористый опорный слой, обычно включает множество протоколов обработки растворов, которые вряд ли можно выполнить каким-либо другим способом. Препреги, используемые для изготовления композитов, армированных непрерывным волокном, часто включают стадию обработки на раствор. «Молекулярные композиты» на основе жестких стержневых полимеров, диспергированных в матрице полимера со случайной спиральной цепью, недавно вызвали энтузиазм, и большинство методов их формирования неизменно будут включать технологию растворов.

Уровень научных знаний о развитии термодинамики, реологии, диффузии и морфологии в многокомпонентных системах полимер-растворитель необходимо улучшить, чтобы поставить эти типы процессов на прочную техническую основу. Например, недавние попытки математически смоделировать образование асимметричных мембран не дали критически необходимой информации просто потому, что фундаментальные элементы таких моделей в настоящее время недостаточно хорошо изучены.

Проблемы окружающей среды и здоровья, связанные с обработкой растворов, должны решаться на нескольких уровнях. Существуют возможности для инноваций как в процессах, так и в используемых материалах. Одним из интересных направлений являются системы, в которых используются более безопасные растворители. Текущая работа в области технологии сверхкритических флюидов кажется многообещающей для некоторых приложений.

Переработка дисперсии

Переработка дисперсии — получение полимеров в виде частиц и их превращение в продукты — является ключевым методом, значение которого, вероятно, будет возрастать в связи с соображениями охраны окружающей среды и материалов. Полимер может быть в форме сухого порошка, водной дисперсии (например, латекса) или неводной дисперсии (НАД). Ряд примеров иллюстрирует текущее состояние этой технологии и направления ее развития.

Политетрафторэтилен, или Teflon®, представляет собой порошок после процесса полимеризации, и его температура плавления настолько высока, что изготовление расплава обычно нецелесообразно. Однако с помощью комбинации тепла и давления можно изготавливать твердые формы почти так же, как в порошковой металлургии. Порошковые покрытия наносят на различные подложки с помощью ряда методов, включая псевдоожиженный слой и пламенный нагрев. Порошкообразные жидкокристаллические полимеры можно «экструдировать» при температурах ниже их точки плавления почти так же, как металлические порошки 9.0005

Страница 111 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

формируются. Разрабатывается технология преобразования полимерных порошков в трехмерные детали-прототипы с использованием управляемой компьютером техники лазерного спекания. Многое еще предстоит узнать о физике спекания полимерных порошков.

Эмульсионная полимеризация широко практикуется, потому что это удобный процесс для получения полимеров с высокой молекулярной массой с использованием свободнорадикальных механизмов при высоких скоростях при контроле экзотермического характера реакции. В некоторых случаях полученную водную дисперсию очень мелких частиц полимера (называемую латексом) можно использовать непосредственно для удобного изготовления изделий. Например, вездесущие резиновые перчатки, используемые в настоящее время для защиты от распространения СПИДа, изготавливаются путем погружения форм в каучуковый латекс с последующей вулканизацией. Популярные латексные краски на водной основе производятся методом эмульсионной полимеризации. Пленка краски образуется при испарении воды, в отличие от органических растворителей для масляных красок. Художники также предпочитают использовать воду, а не разбавитель для краски или растворители. Крошечные частицы эмульсионного полимера сливаются в непрерывную пленку, движимую силами поверхностного натяжения по мере испарения воды. Реологические характеристики полимера должны быть рассчитаны таким образом, чтобы плавление могло происходить без макроскопического течения покрытия. Экологические соображения настоятельно благоприятствуют формированию покрытий с использованием латексов, а не растворов, которые «отверждаются» путем испарения органических растворителей.

Технология неводной дисперсии появилась как средство нанесения высокоэффективных покрытий (например, автомобильных красок) при минимальных выбросах растворителей. Это сложные материалы, в которых тонкие полимерные частицы образуются путем дисперсионной полимеризации в неводной среде, в которой полимерные цепи диспергатора предотвращают коалесценцию частиц за счет стерической стабилизации. Таким образом, жидкости с высоким содержанием твердых частиц приемлемой вязкости могут быть быстро нанесены на металлические подложки для формирования высокоэффективных покрытий с уменьшенным выделением органических растворителей.

Обратная эмульсионная гомо- или сополимеризация водорастворимых мономеров, таких как акриламид или акриламид, с сомономерами, такими как катионные четвертичные акрилаты, представляет собой новый коммерчески применяемый метод получения материалов, подходящих в качестве флокулянтов. Полученные материалы чрезвычайно эффективны для очистки воды даже на уровне 500 частей на миллион. При активации в воде путем модификации поверхностно-активного вещества или стабилизатора они могут вызывать образование больших хлопьев, которые можно центрифугировать из систем сточных вод, таких как сточные воды. Полученные хлопья можно центрифугировать, сушить и использовать в качестве удобрений. Полученная вода, конечно, в гораздо более чистом состоянии, чем до этой обработки. Такие операции уже широко используются в коммерческих целях во многих крупных городах Европы и Северной Америки и являются примером того, как полимеры могут помочь очистить окружающую среду. Производство таких полимеров уже является многомиллионным бизнесом.

Страница 112 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

Модели технологических процессов

Значительные усилия были направлены на развитие математического моделирования или симуляции полимерных процессов для разработки сложных методов производства; однако многое еще предстоит сделать. Большая часть этих усилий была приложена к процессам полимеризации или к процессам изготовления. Наиболее важным компонентом первого было кинетическое моделирование вовлеченных реакций, в то время как реологическое поведение жидкого полимера обычно является центральным элементом производственных моделей. Каждый тип может быть связан с балансами массы и энергии, а также с учетом передачи тепла, массы и импульса с различными уровнями детализации. Основными проблемами во всех случаях являются уровень сложности используемых моделей и точность входных данных. В прошлом сложность или уровень детализации ограничивались вычислительной мощностью, которую можно было использовать для решения задачи; однако это больше не кажется ограничением. Ожидается, что будущая работа в этой области будет обширной и более ограниченной характером доступных физических моделей, поскольку тенденция переходит от простых вопросов о процессах, на которые можно ответить с помощью простых феноменологических моделей, к сложным вопросам о продуктах, которые требуют более подробных молекулярных моделей.

Наиболее распространенной движущей силой разработки моделей процессов является помощь в проектировании. Эту функцию часто называют автоматизированным проектированием (САПР). Например, на самом элементарном уровне модель процесса полимеризации должна иметь возможность определять размеры реактора и вспомогательного оборудования и, по сути, помогать в выборе типа реакторной системы, которая была бы наиболее выгодной с точки зрения процесса. Посмотреть. После выбора конфигурации процесса компьютерные модели, как правило, способны прогнозировать профили температуры, давления и конверсии во времени или пространстве. Более сложные версии способны предсказывать определенные качества продукта, такие как средняя молекулярная масса, состав сополимера и частота ветвления. Модели такого рода ценны для современных компьютерных схем управления технологическими процессами. Они также могут иметь большое значение для оценки вопросов безопасности технологического процесса. Будущее заключается в том, чтобы сделать несколько шагов вперед, чтобы предсказать внутренние свойства полимера, такие как характеристики обработки и конечного использования. Такие компьютерные методы могут быть полезны при составлении рецептуры, по крайней мере, в качестве первой оценки и установки условий процесса для производства новых сортов существующих продуктов.

Значительные усилия были направлены на моделирование производственных операций, таких как экструзия, смешивание и формование. Используемая сложность зависит от цели, которую необходимо достичь. Опять же, наиболее распространенной мотивацией для разработки моделей является помощь в проектировании. Например, поскольку изготовление пресс-форм дорого обходится, важно иметь модели, способные рассчитать, будет ли конкретная конструкция функционировать должным образом (например, заполняться в доступное время) для возможных рабочих переменных.

Большинство компаний в настоящее время используют внешнее или внутреннее программное обеспечение в сочетании с феноменологическими реологическими характеристиками и характеристиками теплопередачи

Страница 113 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

полимера, для оценки предлагаемой конструкции перед резкой металла. Несмотря на свою вычислительную сложность, такие модели отвечают только на довольно простые вопросы процесса. Появляются молекулярные модели поведения потока, которые при правильном сочетании с моделью процесса, вероятно, смогут ответить на более тонкие вопросы как о процессе, так и о продукте. Например, в дополнение к простому определению того, будет ли форма заполняться должным образом, было бы полезно предсказать кристалличность и молекулярную ориентацию (и, следовательно, механические свойства) продукта.

Хорошим примером прогресса в развитии молекулярных теорий является область реологии, которая является одной из фундаментальных наук, необходимых для понимания переработки полимеров. Реология связана с макроскопическими изменениями формы полимерной жидкости в сложных нестационарных полях напряжений и температур. В реологических исследованиях применяются четко определенные напряжения или деформации для измерения и прогнозирования механического поведения сложных материалов. Самые важные недавние достижения в реологии полимеров были сделаны в 19 веке.70-х, когда П.Г. де Жен предложил модель движения макромолекул, которую затем исследовали М. Дои и С.Ф. Эдвардсу вывести реологическое определяющее уравнение для напряжений в макромолекулярных жидкостях. С тех пор многие реологические явления были объяснены с точки зрения молекулярных параметров, таких как молекулярная масса, разветвленность, жесткость цепи, поверхностное взаимодействие и полидисперсность. Многие из текущих усилий в области реологии сосредоточены на базовом понимании эффектов фазовых переходов и анизотропии. Другие важные усилия сосредоточены на новых моделях континуума, которые расширяют и уточняют предсказания Доя и Эдвардса. Эти инициативы поддерживаются достижениями в области экспериментальной реологии, которые определяют направление развития ее теории.

ВЫВОДЫ

  • Химическая продукция в целом представляет собой одну из немногих областей экономики США, где стоимость экспорта превышает стоимость импорта. Полимеры вносят существенный вклад в этот положительный баланс торговли химическими веществами. Например, пластмассы как в первичных, так и в непервичных формах внесли 6,0 млрд долларов, или 37 процентов, в чистое положительное сальдо торговли химическими веществами в 1992 г. ( Chemical & Engineering News , 19).93).

  • Производство пластмасс является важной частью национальной экономики. В то время как товарные полимеры представляют собой развивающуюся отрасль, продолжают внедряться значительные инновации в процессах и продуктах, которые, вероятно, приведут к устойчивым темпам роста в обозримом будущем.

  • Значительная часть современных исследований и разработок в области полимерных материалов и связанных с ними процессов проводится с учетом экологических соображений.

  • Исследования по переработке полимеров ведутся уже более двух десятилетий, и в некоторых областях был достигнут значительный прогресс. Много усилий было направлено на разработку автоматизированных процессов разделения

Страница 114 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

в соответствии с типом полимера, и в отрасли была согласована единая система идентификации, чтобы облегчить разделение по потребителю. Переработка смешанных отходов приводит к ухудшению физических свойств. Компатибилизация может быть технически возможной, но она довольно дорога по сравнению со стоимостью производимых продуктов. С другой стороны, некоторые пластмассовые изделия легко перерабатываются. Например, полиэтилентерефталат, который используется для изготовления бутылок для безалкогольных напитков, легко идентифицируется и обычно относительно свободен от примесей. Определен ряд способов повторного использования этих материалов, и некоторые из них уже используются. Возможно, наиболее важными являются те, которые заставляют полимер химически превращаться в олигомерные виды, которые могут быть реполимеризованы в полиэтилентерефталат или другие полимерные продукты.

  • Несмотря на то, что необходимы инновации в переработке полимеров, необходимо искать и другие варианты. Возможности включают сокращение количества источников и разработку продуктов с учетом вторичной переработки. Необходимо лучше понять потенциальную ценность биоразлагаемых полимеров как части решения проблемы твердых отходов и мусора. Такие материалы, вероятно, будут намного дороже, чем относительно недорогие полимеры, используемые в настоящее время, и их характеристики могут быть не такими хорошими. Неясно, разлагаются ли какие-либо материалы на свалках. В любом случае выброс низкомолекулярных продуктов разложения в окружающую среду может привести к более серьезному загрязнению воздуха или воды. Сжигание в качестве топлива — еще одна и, возможно, окончательная форма вторичной переработки полимеров. Большинство полимеров получают из нефти, и около 95 процентов всей добываемой нефти сжигается из-за ее энергетической ценности; таким образом, нефть, преобразованная в полимеры, просто одалживается на некоторое время для использования в качестве материала, прежде чем вернуться к своей конечной судьбе сжигания для получения энергии. Конечно, необходимо развеять опасения по поводу воздействия сжигания отходов на здоровье и окружающую среду.

  • Интерфейсы полимеров играют ключевую роль в характеристиках композитов, смесей или сплавов, смазочных материалов, клеев, покрытий и тонких пленок. Достижения в фундаментальном понимании этих интерфейсов и методов разработки желаемых характеристик этих поверхностей, несомненно, приведут к улучшению продуктов и конкурентному преимуществу.

  • Новые инженерные пластмассы, включая некоторые смеси или сплавы, с постоянно растущими эксплуатационными характеристиками продолжают внедряться и во многих случаях используются для конструкционных применений, в которых традиционно доминируют другие материалы, в основном металлы. Одной из движущих сил является простота изготовления деталей с точными размерами и высококачественной обработкой поверхности.

  • Для материалов на основе полимеров, используемых в очень ответственных конструкционных приложениях, необходимо лучше понять механические, химические факторы и факторы окружающей среды, влияющие на их полезный срок службы, а также методологии для прогнозирования срока службы в сложных ситуациях. Методы механики разрушения еще не используются в такой степени для полимеров, как для других конструкционных материалов.

  • Имеются возможности для новых полимерных систем с контролируемыми свойствами проницаемости для использования в пищевой упаковке, медицине, одежде, сельском хозяйстве, промышленности

Страница 115 Делиться Цитировать

Рекомендуемая ссылка: «3. Производство: материалы и обработка». Национальный исследовательский совет. 1994. Полимерная наука и инженерия: смещение границ исследований . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/2307.

×

Сохранить

Отменить

Производство

, борьба с загрязнением, очистка воды и другие приложения. Инновационный синтез, знание взаимосвязей структура-свойство и технологии изготовления должны быть интегрированы для создания функциональных продуктов, которые являются экономически эффективными.

  • Появляется приборостроение, позволяющее в режиме реального времени определять химические и физические структуры во время обработки, что позволяет мгновенно сравнивать их с моделями моделирования и управления процессом, а также обеспечивать качество.

  • Быстрый прогресс в разработке производственных процессов достигается за счет внедрения «системного подхода», при котором материалы, их состав и процесс рассматриваются как переменные в итеративном процессе. Системный подход по сравнению с традиционным « «раздельный» подход облегчает быструю идентификацию критического материала и параметров обработки, а также помогает производственным процедурам.

  • Взаимосвязь между обработкой и свойствами, особенно для сложных полимерных систем, таких как смеси, композиты и жидкокристаллические полимеры, полностью не изучена. Роль реологии в развитии структуры находится на особенно рудиментарной стадии, и кажется, что возможны значительные успехи. Разработка зондов структуры в реальном времени во время обработки будет иметь огромное значение. Конечно, необходимо установить связь между структурой, созданной во время обработки, и характеристиками продукта.

ССЫЛКИ

Barbero., E., and H.V.F. Гангарао. 1991. «Структурные применения композитов в инфраструктуре». SAMPE Journal 27 (№ 6, ноябрь/декабрь):9.


Новости химии и техники . 1991. Том. 69, № 23, 10 июня, с. 39.

Новости химии и машиностроения . 1992. «Факты и цифры для химической промышленности». Том. 70, № 26, 29 июня, стр. 62-63.

Новости химии и техники . 1993. «Факты и цифры для химической промышленности». Том. 71, № 26, 28 июня, стр. 38-83.


McDermott, J. 1993. Advanced Composites: 1993 Blue Book . Кливленд, Огайо: Advanstar Communications.

Современная пластмасса . 1982. «Материалы 1982: Специальный отчет о современных пластмассах». Том. 59, № 1, январь, стр. 55-87.

Современная пластмасса . 1992. «Смолы 1992: модели поставок меняются». Том. 69, № 1, январь, стр. 53-96.


Pasztor, А. 1992. «Композитные производители нацеливаются на необоронные рынки, поскольку бюджет Пентагона сокращается, фирмы стремятся развеять расходы, опасения по поводу безопасности». Уолл Стрит Джорнал . 26 августа, стр. B3-B4.


Strathman, H. 1991. Эффективные промышленные мембранные процессы: преимущества и возможности , М.К. Тернер, изд. Нью-Йорк: Эльзевир.

Производство

Что такое производство?

Термин «производство» относится к переработке сырья или деталей в готовую продукцию с использованием инструментов, человеческого труда, машин и химической обработки.

Производство позволяет предприятиям продавать готовую продукцию по более высокой цене, чем стоимость используемого сырья. Крупномасштабное производство позволяет производить товары массово, используя конвейерные процессы и передовые технологии в качестве основных активов. Эффективные технологии производства позволяют производителям воспользоваться эффектом масштаба, производя больше единиц продукции с меньшими затратами.

Ключевые выводы

  • Производство — это процесс превращения сырья или деталей в готовую продукцию с использованием инструментов, человеческого труда, машин и химической обработки.
  • До промышленной революции большинство товаров производилось вручную с использованием человеческого труда и основных инструментов.
  • Промышленная революция привела к массовому производству, конвейерному производству и использованию механизации для производства большего количества товаров по более низкой цене.
  • Финансовые аналитики каждый месяц изучают производственный отчет ISM как потенциальный ранний индикатор состояния экономики и того, куда может двигаться фондовый рынок.
  • Производство может быть определено и классифицировано по различным типам, процессам или методам.

Понимание производства

Производство является неотъемлемой и огромной частью экономики. Он включает в себя переработку и переработку сырья, такого как руда, древесина и продукты питания, в готовые продукты, такие как металлические изделия, мебель и переработанные пищевые продукты.

Преобразование этого сырья во что-то более полезное повышает ценность. Эта добавленная стоимость увеличивает цену готовой продукции, что делает производство очень прибыльной частью бизнес-цепочки. Некоторые люди специализируются на навыках, необходимых для производства товаров, в то время как другие предоставляют средства, необходимые предприятиям для покупки инструментов и материалов.

Как отмечалось выше, эффективность производства может привести к повышению производительности и снижению затрат. Производители могут добиться этого, если они в состоянии:

  • Уменьшить избыточность
  • Улучшить качество работы
  • Обновление оборудования и процедур
  • Ставьте реалистичные цели
  • Оптимизация приема, цепочки поставок и каналов сбыта

Производство часто освещается советом конференций и хорошо изучается экономистами.

Типы производства

Способы производства продукции менялись с течением времени. Люди исторически производили товары, используя сырье. А в некоторых случаях до сих пор делают. Ручное производство предполагает использование основных инструментов с помощью более традиционных процессов. Эта форма производства часто связана с декоративно-прикладным искусством, текстильным производством, кожевенным, столярным и некоторыми изделиями из металла.

Изделия ручной работы трудоемки и требуют много времени. В некоторых случаях они могут иметь высокую цену, в зависимости от поставщика и типа товара. Например, единственные в своем роде модные вещи ручной работы могут продаваться по более высокой цене по сравнению с чем-то массовым. Однако бывают случаи, когда людей, производящих товары с использованием этих технологий, можно эксплуатировать, особенно там, где трудовое законодательство слабое, а спрос на рабочие места высок.

Крупные предприятия используют механизацию для массового производства товаров в гораздо больших масштабах. В этом процессе используются машины, а это означает, что ручная обработка материалов не обязательно требуется. В производственном процессе требуется очень мало человеческого капитала, хотя для работы и обеспечения правильной работы оборудования могут потребоваться высококвалифицированные люди.

Аддитивное производство

Этот тип производства обычно называют 3D-печатью. Он включает в себя использование слоев, которые накладываются друг на друга для создания форм и узоров в трехмерном процессе с использованием специального оборудования, такого как 3D-принтер.

Передовое производство

Этот метод включает в себя новые формы технологии для улучшения производственного процесса. Компании могут повысить ценность сырья, которое они используют, чтобы лучше обслуживать свои целевые рынки. Новые технологии также помогают быстрее выводить новые продукты на рынок, одновременно увеличивая производительность.

Контрактное производство

Это распространено в производственной сфере. Компании будут вступать в партнерские отношения и деловые отношения с другими фирмами для аутсорсинга определенных производственных процессов. Например, автомобильная компания может нанять третью сторону для изготовления деталей, которые она будет использовать на своих сборочных линиях для производства автомобилей.

3D-печать существует с 1980-х годов.

Типы производственных технологий

Изготовление на склад (MTS)

Традиционным методом производства является изготовление на складе, производство стандартного продукта на основе прогнозируемого спроса. Компания оценивает, сколько единиц продукции будет продано за определенный период времени, а затем заранее планирует произвести такое количество товаров. Товары часто хранятся в качестве запасов, ведущих к выпуску и широкому распространению товаров.

Компания должна иметь достаточную информацию до выпуска продукта, чтобы понять, сколько товаров ей потребуется произвести. Это включает в себя использование исторических данных по аналогичным товарам, понимание макроэкономических условий и учет ожиданий клиентов в отношении конкретных характеристик продукта.

Преимущество МТС в том, что компании часто могут извлечь выгоду из масштабов экономии. Поскольку компания устанавливает целевой уровень производства, она может заранее спланировать, сколько сырья, рабочей силы или оборудования ей потребуется, и часто может построить самые надежные производственные планы. С другой стороны, несоответствие ожиданиям оставляет компанию с непригодным для использования продуктом, избыточными запасами и фиксированными, но недоиспользованными постоянными затратами.

Изготовление на заказ (MTO)

В отличие от MTS, производство на заказ предполагает работу непосредственно с клиентом, чтобы понять его потребности и желаемые характеристики продукта. Производство обычно начинается только после подписания контракта или письма о намерениях. Кроме того, производители могут создавать легкие прототипы, но часто откладывают начало производства до тех пор, пока не будут предоставлены полные спецификации продукта.

MTO наиболее распространен в отраслях, где производятся специализированные продукты для очень конкретной цели. Аэрокосмическая промышленность, строительство или технологии (в меньшей степени) являются примерами отраслей, где производители часто не будут производить товар до тех пор, пока государственная организация не согласится приобрести самолет или арендатор не подпишет долгосрочный договор аренды.

С одной стороны, производители MTO часто могут взимать надбавку за свою продукцию, поскольку товар нелегко приобрести на рынке. Особенно это касается товаров с высокой спецификацией. Кроме того, производители MTO часто получают прибыль только в том случае, если продажи выстраиваются в очередь; поэтому он часто никогда не несет инвентарь. Недостатком производства MTO часто является неравномерный спрос на продукцию, что может привести к более медленным периодам бизнеса.

Изготовление для сборки (MTA)

Третий тип производственной технологии – это процесс «изготовление для сборки». Компании пытаются получить преимущество, начав производство комплектующих. Затем, когда клиенты начинают размещать заказы, компании собирают ранее произведенные компоненты.

Поскольку компания частично завершила производственный процесс, товар часто может быть доставлен клиентам быстрее, чем в рамках процессов MTO. Тем не менее, компания по-прежнему рискует застрять с запасом прогнозируемого спроса, который не материализуется. Кроме того, компания рискует потерять преимущества MTO и MTS, пытаясь сбалансировать каждый тип процесса.

Типы производственных процессов

Наконец, производство можно разделить на различные методы производства. Каждый метод приводит к уникальному конечному продукту.

Дискретное производство

Дискретное производство названо так удачно, потому что каждый произведенный продукт может быть конкретно идентифицирован. Производственный процесс использует спецификацию для отслеживания того, какое сырье или компоненты входят в каждую конкретную единицу. В дискретных производственных процессах единицы часто изготавливаются на производственной линии, где рабочие сборочной линии следуют производственному графику и регистрируют использование материалов.

Непрерывное производство

Существует два основных типа процессного производства. Во-первых, серийное производство влечет за собой производство продукта на основе определенного стандарта, в котором используется рецепт или формула. Порционное производство часто используется в пищевой промышленности и производстве напитков для производства легко воспроизводимых товаров определенного количества (например, определенного сосуда с соусом терияки).

В качестве альтернативы, непрерывное производственное производство подразумевает последовательные, непрерывные операции, которые часто производят товар одним щелчком мыши в течение длительного периода времени. Затем производство приостанавливается на определенный период времени, после чего возобновляется. Непрерывное технологическое производство широко используется в нефтегазовой промышленности при бурении полезных ископаемых.

Смешанное производство

Для некоторых товаров может потребоваться сочетание как дискретных, так и производственных процессов. Это часто имеет место для товаров, произведенных с использованием пакетного процесса, прежде чем эти стандартизированные товары будут преобразованы в более конкретную индивидуальную упаковку. На начальном этапе создания продукта используется процессное производство, а во второй половине добавляются уникальные особенности способа доставки (включая любые настройки клиента).

Мастерская по производству

Еще более специфический тип производственного процесса, товары могут быть изготовлены с использованием цехового производства. Этот процесс чаще всего используется, когда необходимо обработать партию, но эта партия отличается от обычного продукта компании. Для этого специализированного, индивидуального товара компания часто должна выполнять уникальные этапы настройки и обработки, включая преобразование существующего оборудования в более удобную структуру.

Серийное производство

Потенциальное подмножество других производственных процессов, серийное производство часто разбивает длинные производственные процессы на более мелкие части. Каждая часть, часто называемая специальной сборочной линией или производственной ячейкой, предназначена для производства только своей конкретной части устройства. Затем единицы непрерывно передаются на следующую специализированную сборочную линию. Любая работа с материалом выполняется на производственной линии, поскольку зоны временного хранения часто не используются.

В 2021 году около 12,1 миллиона американцев будут работать в производственном секторе.

История современного производства

Изделия ручной работы доминировали на рынке до промышленной революции. Этот период положил начало промышленному процессу, когда сырье в больших объемах превращалось в готовую продукцию. Развитие паровых двигателей и новых технологий позволило компаниям использовать машины в производственном процессе. Это уменьшило потребность в человеческом капитале, одновременно увеличив объем товаров, которые можно было бы произвести.

Массовое производство и производство на сборочных линиях позволило компаниям создавать детали, которые можно было бы использовать взаимозаменяемо, и упростить изготовление готовой продукции за счет уменьшения необходимости настройки деталей. Форд популяризировал методы массового производства в начале 20 века.

С тех пор компьютеры и прецизионное электронное оборудование позволили компаниям стать пионерами в области высокотехнологичных методов производства. Компании, которые используют эти методы, обычно имеют более высокую цену, но также требуют более специализированного труда и более высоких капиталовложений.

Навыки, необходимые для управления машинами и разработки производственных процессов, со временем резко изменились. Многие низкоквалифицированные производственные рабочие места были перемещены из развитых в развивающиеся страны, потому что рабочая сила в развивающихся странах, как правило, дешевле. Таким образом, высококачественные продукты, требующие точности и квалифицированного производства, обычно производятся в странах с развитой экономикой.

Измерение производства в экономике

Экономисты и правительственные статистики используют различные коэффициенты при оценке роли производства в экономике. Например, добавленная стоимость в обрабатывающей промышленности (ДСОП) — это показатель, который сравнивает объем производства в экономике с ее общим размером. Этот показатель выражается в процентах от валового внутреннего продукта (ВВП).

Институт управления поставками (ISM) опрашивает производственные фирмы, чтобы оценить занятость, запасы и новые заказы. ISM ежемесячно публикует производственный отчет ISM, в котором обобщаются его выводы. Финансовые аналитики и исследователи с нетерпением ждут этого отчета, поскольку они рассматривают его как потенциальный ранний индикатор здоровья экономики, а также признак того, куда может двигаться фондовый рынок.

2,2 триллиона долларов

Производство всегда было ключевым фактором в экономике Соединенных Штатов. По оценкам, 10,8% ВВП США в 2020 году пришлось на производство. Это равнялось чуть более 2,2 триллиона долларов.

Этапы производства

Эти семь шагов, следующих в последовательном порядке, охватывают не только физическое производство товара, но и этапы до и после создания материального товара.

Шаг 1. Разработайте идею

Прежде чем будет произведено какое-либо материальное благо, производство начинается с разработки концепции и развития видения продукта. Это видение продукта определяет, что представляет собой продукт, кто является целевой аудиторией, какова потребность в товаре и какие существуют конкуренты. Многие из этих типов вопросов могут определить товар и помочь уточнить, какие характеристики будут присущи реальному продукту.

Шаг 2. Проведите исследование рынка

Хотя многие считают, что производство влечет за собой только физический аспект создания товара, производственный процесс по-прежнему включает в себя исследование потенциального продукта с целью поиска способов его улучшения. Это включает в себя понимание того, какое сырье можно использовать, какое оборудование необходимо, в каких условиях должен производиться товар и чем этот товар будет отличаться от конкурирующих товаров.

Шаг 3. Разработка продукта

С учетом результатов исследований пришло время разработать продукт. Это всегда должно быть сделано с учетом того, что клиент будет нуждаться и использовать. Это также должно включать любые производственные ограничения, обнаруженные на этапе исследования. Это также включает в себя понимание затрат, которые пойдут на разработку этого продукта, чтобы вы могли прогнозировать, какой будет прибыльность вашего продукта. Именно на этом этапе производственный процесс наиболее тесно связан с исследованиями и разработками.

Шаг 4: доработка и создание прототипа

Теперь, когда этап проектирования завершен, пришло время принять окончательное решение о том, каким будет продукт. Это включает в себя выбор того, какое сырье использовать или как определить производственный процесс. Эти решения реализуются путем создания исходного прототипа. Это означает создание меньшего по масштабу тестового продукта, который будет отражать то, каким будет реальный производственный продукт.

Этап 5. Тестирование прототипа

Когда прототип готов, пришло время его протестировать. Это включает в себя анализ фактических ресурсов, которые были потрачены на благо, чтобы лучше понять, сколько будет стоить фактический продукт и какова будет его норма прибыли. Это также включает в себя поиск слабых мест или неэффективности в производственном процессе. Часто это последний этап перед началом массового производства; хотя изменения могут быть внесены в будущем, настало время для больших изменений без серьезных последствий для продукта или производственного процесса.

Шаг 6: Производство товара

Было проведено достаточно времени, испытаний и исследований; пришло время делать добро. Компания приобретает машины и оборудование, необходимые для осуществления полномасштабных процессов производства товара. Компания также полностью инвестирует в затраты на рабочую силу, хранение, страхование и другие расходы, связанные с полной производственной линией.

Компании могут постоянно улучшать свои процессы; вместо того, чтобы возвращаться к стадиям прототипа, они часто пересматривают и вносят небольшие изменения на этапе фактического производства.

Шаг 7. Мониторинг процесса

Чтобы постоянно совершенствоваться, компания должна постоянно оценивать, как идет процесс и оправдываются ли ожидания. Компания должна проанализировать, сколько стоит производство товара, и сравнить ее с продажными ценами. Компания также должна оценивать спрос на продукцию и увеличивать (или уменьшать) масштабы в зависимости от предпочтений потребителей.

Производство и производство

Хотя иногда это называют одним и тем же, между производственным процессом и производственным процессом есть тонкие различия. В производстве компании часто приходится запрашивать сырье у сторонних или внешних поставщиков для переработки в готовую продукцию. Для производства компания часто владеет этим сырьем.

Определение каждого из них охватывает различные процессы. Производство шире и включает в себя производство, поскольку производство просто принимает входные данные и дает результат. Производство, более специфический тип производства, представляет собой процесс превращения сырья в осязаемый готовый продукт.

Производственный процесс заканчивается получением материального блага. В качестве альтернативы производство может закончиться получением материального или нематериального товара. Рассмотрим театральный пример, который точно назван. Шоу или театральная постановка буквально заканчиваются публичным развлечением для широкой публики.

Поскольку производственный процесс в значительной степени зависит от сырья, производственный процесс часто зависит от тяжелой техники или оборудования. Это также зависит от времени настройки и труда, чтобы установить процесс. Во время производства машинное оборудование может не потребоваться в зависимости от выпускаемой продукции.

Производство

  • Часто требуется закупка сырья

  • Продукция физическая, материальные товары

  • Машины и рабочая сила необходимы для процесса

  • Более специфический тип процесса

Производство

  • Часто влечет за собой предыдущее владение входными данными для процесса

  • Результат может быть материальным или нематериальным товаром

  • Оборудование может потребоваться или не потребоваться

  • Является менее специфичным типом процесса

Пример изготовления

Toyota Motor Corporation, известная своим эффективным производственным процессом, является исторически известным и успешным производителем. Компания использует систему бережливого производства, чтобы максимально быстро и эффективно выполнять заказы клиентов на автомобили. В конце 2021 года Toyota объявила, что увеличивает свой долгосрочный прогноз продаж аккумуляторных электромобилей, планируя продать 3,5 миллиона единиц в 2030 году (по сравнению с предыдущим планом в 2,0 миллиона).

Производственный процесс компании основан на двух основных концепциях:

  1. Дзидока: При возникновении проблем с производством оборудование немедленно останавливается, чтобы предотвратить будущие бракованные изделия.
  2. Точно в срок: Каждый процесс производит только то, что необходимо для текущего процесса. Это включает в себя поиск достаточного количества материала без чрезмерного количества резервов.

В рамках дзидока инженеры проектируют и создают системы вручную, чтобы полностью понять производственный процесс. Затем они тщательно упрощают операции и переходят на использование машин. Цель производственного процесса состоит в том, чтобы использовать повторяющиеся процессы, которые делают производственный процесс более простым и менее дорогим.

В соответствии с принципом «точно в срок» Toyota стремится устранить «отходы, несоответствия и необоснованные требования на производственной линии». После получения заказа производственные инструкции должны быть немедленно отправлены на производственную линию. На производственной линии должны быть в наличии необходимые материалы и детали. Любые недостатки быстро устраняются заменой аналогичных деталей.

Что такое бережливое производство?

Бережливое производство — это форма производства, которую могут использовать производители, желающие сократить время производственной системы для повышения своей эффективности. Внедрение подхода бережливого производства означает, что компания хочет повысить производительность, одновременно устраняя как можно больше отходов. Это может означать сокращение эксплуатационных расходов и сроков выполнения заказов.

Как рассчитать производственные накладные расходы?

Производственные накладные расходы – это общие косвенные затраты, связанные с производством. Сюда входят любые расходы, такие как заработная плата сотрудников, амортизация активов, арендная плата, аренда и коммунальные услуги. Расходы, такие как материалы, не включены.
Чтобы рассчитать производственные накладные расходы, возьмите ежемесячные накладные расходы и разделите их на объем продаж за месяц. Вы можете умножить результат на 100, чтобы получить общий процент ежемесячных накладных расходов.

Какова цель производства?

Производство – это процесс преобразования сырья в готовый материальный продукт. Производство влечет за собой повышение эффективности процесса, поскольку оно преобразует определенные ресурсы в другие ресурсы, часто с целью продажи покупателю.

Каковы этапы производства?

Производственный процесс часто начинается со стадии сбора информации, на которой инженеры и руководство узнают о процессе. Прототипы часто создаются и оцениваются. Затем реализуются конкретные проекты, и начинается коммерческое производство. По мере изготовления товары проверяются, отгружаются и доставляются следующему потребителю готовой продукции.

Почему важно производство?

Производство имеет решающее значение для большинства, если не всех, товаров вокруг вас. Без формального процесса преобразования сырья в более сложные товары у нас не было бы электроники, бытовой техники, транспорта и многих аспектов жизни, которые делают нашу жизнь более эффективной, безопасной и продуктивной. Производство — это основа предметов, с которыми мы взаимодействуем, на которые полагаемся, получаем удовольствие и потребляем.

Практический результат

Сколько мы себя помним, люди традиционно превращали сырье в готовые товары. Этот процесс, который превращает сырье в готовую продукцию, называется производством. Предприятия все еще могут использовать человеческий труд для обработки этих материалов вручную. Но теперь у них также есть возможность покупать оборудование для массового производства товаров в гораздо больших масштабах. Технологии помогли нам производить наши товары и продолжают развиваться. Появление 3D-печати позволяет людям самостоятельно производить готовую продукцию, не выходя из дома.

Рост стоимости сырья – стратегии по устранению его последствий

//php если ( has_post_thumbnail() ) : ?>

24 апреля 2020 г.

Волатильные и нестабильные глобальные рынки имеют серьезные последствия для производственных организаций. Непредвиденные препятствия, от роста стоимости энергии до неожиданных колебаний цен на сырье, дестабилизируют цепочки поставок и мешают производителям оставаться в плюсе. Поскольку поставки многих видов сырья становится все труднее обеспечить, волатильность цен на сырьевые товары может быть не просто временным явлением, и производители должны либо покрыть дополнительные расходы, либо найти новые способы снижения расходов, либо переложить повышение цен на клиентов, которые уже неохота тратить.

Организации, которые прибегают к политике ожидания нормализации процессов, обрекают себя на неизбежный провал, а те, которые приспосабливаются и приспосабливаются к новым рыночным условиям, становятся сильнее и прибыльнее. Производители должны перейти от сегодняшней линейной экономики, где они добывают, производят, используют и выбрасывают, к более «круговой экономике», где отходы одной отрасли становятся сырьем для другой. Сотрудничество с поставщиками и клиентами может поддерживать обращение бывших в употреблении продуктов, компонентов и материалов, в то время как новые бизнес-модели, которые переосмысливают право собственности, могут перемещать ценность по такому кругу поставок. Например, некоторые компании даже начали внедрять новые бизнес-модели, которые позволяют им сохранять право собственности на материалы, используемые в продуктах, которые они продают. Следуя систематическому подходу, который фокусирует внимание на ресурсах по всей цепочке создания стоимости, производители могут использовать более широкий спектр возможностей, чем они изначально предполагали.

 

Введение
Истощение или приливы и отливы?

Панорама мировых геологических и экологических ресурсов – это повесть двух столетий. Беспрецедентный экономический рост 1900-х годов, которому способствовал почти безграничный доступ к природным материалам, пожинал горькие последствия в первом десятилетии нового тысячелетия.

Ученые могут спорить о том, были ли достигнуты точки перегиба, но, бесспорно, будущее не будет ни с неограниченным доступом к воде и энергии, ни с обильными сельскохозяйственными и минеральными ресурсами, ни с ограничениями по выбросам, ни с неограниченными производственными отходами. Прошло уже пятьдесят лет с момента убийства президента Джона Ф. Кеннеди, но его видение служит напоминанием о том, что историю можно подделать; точно так же тенденции – даже мегатенденции – не предопределены заранее, но могут быть сформированы и даже использованы в своих интересах. Бизнес-лидеры обязаны предпринимать дальновидные действия, чтобы гарантировать акционерную стоимость своих компаний в будущем. Эта задача неразрывно связана с затратами сырья и иллюстрируется ими. Таким образом, это делает проблему как актуальной в настоящее время, так и долгосрочной необходимостью.

 

Проблема
Рост цен на сырье – правда или вымысел?

Средние значения — по категориям и временным рамкам — могут маскировать значительные отклонения и могут сглаживать реальное влияние ценовых сдвигов. Рассмотрим непродовольственные сельскохозяйственные материалы: в среднем по семи источникам сырья цены на сырье выросли на 117% с 2000 года. 1 Это примерно 6% в год, что не кажется нестабильным. Тем не менее, обрабатывающая промышленность, использующая каучук, сильно пострадает от увеличения 359% с 2000 г., в то время как в первом квартале 2013 г. произошел тревожный скачок хлопка.

 

Номинальное повышение цен на сталь на 167% с начала века заметно, учитывая его эффект домино в ряде отраслей, таких как строительство, автомобилестроение и транспорт. Среди тринадцати проиндексированных металлов и полезных ископаемых цены на сталь фактически немного ниже среднего; меди, например, увеличился в эквиваленте на 13% в год. Это имело последствия для производства и передачи электроэнергии, поскольку 60% применения меди приходится на электропроводку и кабели.

Стоимость электроэнергии, безусловно, имеет прямое отношение к каждой отрасли и каждой компании. Но, вероятно, самым убедительным доказательством роста стоимости сырья является энергетический сектор: номинальные цены на сырую нефть, природный газ, уголь и уран выросли на 10% в год, или более чем в 2,5 раза по сравнению с ценами 2000 года. Суть в том, что цены на товары отражают тесную взаимосвязь со стоимостью энергии, в частности нефти. 2 Сельскохозяйственные товары, такие как кукуруза, пшеница и говядина, теперь имеют чрезвычайно близкие коэффициенты корреляции с нефтью, и эта связь также очевидна для стали и древесины.

Однозначно, ресурсы включают косвенный компонент входных затрат на другие ресурсы. Логической иллюстрацией является то, что энергия составляет 25% стоимости стали; аналогичным образом, по оценкам, на долю стали приходится 30% капитальных затрат новых проектов по разведке нефти. 3 При дальнейшей экстраполяции 10-процентный рост стоимости энергии может быть причинно связан с увеличением на 5–6 % затрат на удобрения для сельского хозяйства, увеличением затрат на извлечение драгоценных металлов на 4–5 % и 1 % на непродовольственное сырье. материалы. Эта взаимосвязь также означает, что волатильность только одного компонента ресурса вызовет колебания других. Таким образом, независимо от отрасли или конкретных обстоятельств компании, рост цен на сырье является пугающей реальностью.

 

Понимание предыстории
Оценка движущих сил «суперцикла» ресурсов

Некоторые аналитики утверждают, что затраты на сырье выросли как часть общего расширенного цикла затрат на товары. Они указывают на падение цен на сырьевые товары в 2008–2009 годах, вызванное финансовым кризисом, как на свидетельство того, что рыночные силы в конечном итоге приведут к стабилизации стоимости сырья. Другие утверждают, что эта оценка не может должным образом объединить социально-экономические причины в контексте фундаментальных изменений в мировой окружающей среде.

Ученые-экологи, климатологи и ряд других научных экспертов собрали множество свидетельств того, что человечество приближается к пределу несущей способности Земли. 4 Это проявляется в способах, которые глубоко повлияют на бизнес — вплоть до основных операционных вопросов, таких как доступность сырья и, следовательно, его стоимость. Например, рост населения и экономическое развитие дают стимулы и возможности для бизнеса, особенно когда они касаются крупных развивающихся стран, таких как Китай, Индия и Бразилия. Но рост мировой торговли, урбанизация, потребности в транспорте и потребности в энергии приводят к дальнейшему давлению на ограниченные абиотические ресурсы, в то время как биотические ресурсы находятся под угрозой в сложных формах, таких как чрезмерный вылов рыбы, утрата биоразнообразия в результате обезлесения и деградация воды и окружающей среды из-за химического загрязнения. Эти вопросы нельзя рассматривать в отрыве от бизнеса; они преобладают над силами финансового рынка и беспрецедентны в истории мирового экономического развития.

Программа Организации Объединенных Наций по окружающей среде (ЮНЕП) в отчете GEO-5 за 2013 год лаконично формулирует проблему: «Нынешняя экономическая система, построенная на идее постоянного роста, неудобна в рамках экологической системы, ограниченной биофизическими ограничениями».

 

Понимание последствий
Планирование будущей нехватки ресурсов

Среди средних американских производителей более 90% назвали затраты на сырье одной из трех главных проблем в 2013 году. 5 Но беспокойство — это одно; планирование действий требует более глубокой оценки и прогнозирования на период от 5 до 10 лет, а затем и дальше.

В двух категориях ресурсов имеется разумная перспектива стабилизации стоимости. Во-первых, что касается энергетики, то за последнее десятилетие в США произошло значительное увеличение добычи сланцевого газа и новых технологий гидроразрыва пласта. В некоторой степени это ограничило затраты на энергию в Североамериканском регионе. Однако доля Северной Америки в предполагаемых неразведанных мировых запасах нефти и газа составляет всего 10 %, и существуют политические и социальные препятствия для дальнейших открытий в таких областях, как Арктика и Южная Америка. 6 Замена биотопливом, хотя и оказывает негативное влияние на сельское хозяйство, может сыграть определенную роль в расширении вариантов энергоснабжения, но с учетом прогнозируемого увеличения мирового спроса на энергию более чем на одну треть к 2035 г. и отказа от ядерной энергетики в таких важных промышленно развитых странах, как как в Германии и Японии, прогноз минимального роста стоимости электроэнергии может быть нереалистичным.

 

Инвестиции в технологии и программы минимизации отходов приведут к убедительной экономии средств после скромных периодов окупаемости.

 

Во-вторых, надежды на замедление затрат на сырье для металлов и минералов частично зависят от геологических оценок. Они оптимистичны, поскольку относятся исключительно к существующим и неиспользованным ресурсам. Например, запасы железной руды — основного компонента стали — оцениваются на 500 лет, и она диверсифицирована с точки зрения географической доступности. 7 Однако усложняющаяся добыча этих ресурсов означает, что геологическая доступность не является единственной переменной: стремительно растущие затраты на разведку, скачки цен на рабочую силу, связанные с глобальной нехваткой квалифицированных кадров, отношения между правительствами и горнодобывающими компаниями, а также транспортировка — это лишь некоторые трудности в поставка этого сырья. Зная об этих сложностях, Европейская ассоциация автопроизводителей (ACEA) недавно предупредила своих членов о том, что следует ожидать продолжающихся скачков стоимости ресурсов, и рекомендовала комплексный анализ сырьевых рисков и технологические инновации, чтобы застраховаться от того, что она назвала «олигополией» поставок металлов и полезных ископаемых. цепь.

Будущие поставки сельскохозяйственного сырья, продовольственных и непродовольственных товаров, являются наиболее четкими. Помимо последствий изменения климата и влияния роста населения на спрос и доступность пахотных земель, ключевым фактором является снижение урожайности. Исследования и инвестиции в технологии сельского хозяйства и аквакультуры застопорились, а в последнее десятилетие передовой опыт медленно переносится в развивающиеся страны. Это проводит четкую границу между значительными и постоянными рисками со стороны предложения.

 

Решения
Управление волатильностью – переход к более «зеленой» экономике

Руководителям предприятий необходимо сформулировать двоякую стратегию для противодействия очевидному новому режиму волатильности и эскалации стоимости товаров и ресурсов: краткосрочное смягчение последствий риска и долгосрочное видение устойчивого развития. В какой-то степени краткосрочные действия проще, потому что они включают защиту оборотного капитала, контроль затрат и чистых результатов — проблемы, с которыми компании постоянно сталкиваются. Широкие меры должны включать следующее:

Финансовое моделирование всех исходных материалов

Это должно включать детальное отслеживание затрат, прогнозы по различным сценариям и анализ рисков. Отделы закупок должны стать гибкими и хорошо разбираться во всем спектре производных инструментов. Это обеспечит максимально широкие возможности хеджирования.

Углубленный опрос цепочки поставок

Особое внимание следует уделить близости к источникам сырья и их соотношению ценности и устойчивости. Инвестиции в разведку и добычу следует рассматривать, если позволяют корпоративные финансы и капитал, как средство постоянного доступа к важнейшему сырью. Настоятельным требованием также являются инвестиции в технологии и программы минимизации отходов. Это обеспечит убедительную экономию средств после скромных периодов окупаемости. 8

Обеспечьте измеримость основ устойчивости и нацельтесь на немедленные улучшения

Лексика финансовой отчетности меняется, чтобы охватить более широкие методы оценки. Такие вопросы, как выбросы углерода, эффективное использование воды и энергии, а также управление химическими отходами, жизненно важны для управления репутацией, но они также явно влияют на итоговый результат. 9

Однако становится все более очевидным, что мировыми лидерами являются те компании, которые опережают кривую устойчивого развития. 10 Эти организации используют следующие основные принципы для использования текущего конкурентного преимущества, включая, по умолчанию, снижение риска, связанного с неэластичностью поставок сырья:

  • Концепция устойчивого развития компании должна быть принята в качестве директивы Совета директоров
    Цели , метрики и подотчетность должны быть санкционированы.
  • Необходимо изучить экономическое обоснование экологически чистых продуктов
    Компаниям необходимо распространить исследования и разработки и инновации в таких областях, как перерабатываемые материалы, модернизированные жизненные циклы продуктов и новые продукты, отвечающие потребительским (или отраслевым) требованиям к «зеленому как новому». обычный’.    
  • Ключевое значение имеют партнерские отношения и сотрудничество
    Долгосрочные и явно справедливые соглашения с правительствами могут создать политические рамки, способные обеспечить бесперебойные возможности снабжения – одним из очевидных примеров является горнодобывающая промышленность. Сотрудничество с конкурентами может помочь в стабилизированных источниках сырья и эффективности затрат на всем протяжении континуума от сырья до конечного пользователя.
Заключение
Возможно ли отделить экономический рост от использования природных ресурсов?

Исходя из текущих тенденций, менее чем через 20 лет миру потребуется на 40-50% больше энергии, воды и продуктов питания. В этом сценарии согласованное и постоянное давление на доступность и цены на сырье и энергию неизбежно.

В сентябре 1962 года, говоря о лунной миссии, президент Кеннеди выразил характер проблемы как таковой: «Мы выбираем полет на Луну… и делаем другие вещи не потому, что это легко, а потому, что это сложно, потому что это цель послужит организации и измерению лучших наших энергий и навыков, потому что это вызов, который мы готовы принять, и который мы не хотим откладывать…»

Бизнес-лидеры должны принять дух этого видения и принять меры по обеспечению более экологичной экономики. Еще нет пяти минут до полуночи, но экологические часы тикают.

 

Прочтите обзор Восстановление и устойчивость: защита и укрепление цепочки поставок для успешного преодоления неопределенности и узнайте больше о прогнозировании нестабильности, смягчении последствий и ускорении восстановления.

1 Всемирный банк, Международный валютный фонд, UN Comtrade, по данным McKinsey Global Institute MGI Resource Index 2013
2 Коэффициент корреляции Пирсона. Источник: МВФ, ОЭСР, FOA Организации Объединенных Наций, MGI Commodities Index
3 Глобальный институт McKinsey: «Революция ресурсов — отслеживание мировых товарных рынков», 9/2013, стр. 8
4 ЮНЕП: ГЕО-5 для бизнеса: « Влияние изменяющейся среды на корпоративный сектор», 2013 г.
5 Консорциум Prime Advantage, состоящий из средних производителей США в 25 отраслях. Опрос проведен в 2013 году
6 Отчет Министерства внутренних дел США «Оценка потенциального увеличения традиционных мировых запасов нефти и газа», 2012 г.
7 Отчет BHP Billiton «Залежи полезных ископаемых и их глобальное стратегическое предложение», 2011 г.
8 Hewlett Packard Финансовые результаты за 2009 год, представленные в тематическом исследовании Accenture «Устойчивое развитие как конкурентное преимущество».
9 Там же
10 Unilever 2010-2011 согласно отчету ЮНЕП «Экономическое обоснование «зеленой» экономики», 2012

 

ACH по сравнению с банковскими переводами: какой способ оплаты подходит для моего бизнеса?

Вердикт вынесен: чеки кончились. Наличные и чеки раньше были нормой для зарплаты, дней рождения и многого другого. Но в наш цифровой век электронный перевод средств стал необходимостью.

Когда дело доходит до цифровых платежей, есть два основных игрока: переводы ACH и банковские переводы. Хотя оба способа отправить деньги в электронном виде, это очень разные процессы. Давайте рассмотрим различия между ними, чтобы вы могли найти решение для электронных переводов, которое лучше всего подходит для вашего бизнеса.

  • Что такое банковский перевод?
  • Что такое перевод ACH?
  • Основные различия между переводами ACH и банковскими переводами
  • Какой способ оплаты лучше?

Что такое банковский перевод?

Банковский перевод — это электронный платеж, при котором деньги переводятся с одного банковского счета в другой банк. Если вы когда-либо использовали Western Union, вы сделали банковский перевод.

Этот вид перевода известен как межбанковский платеж. Платеж отправляется от отправителя в свой банк, затем в банк получателя и, наконец, получателю. Таким образом, банк выступает посредником при оплате.

Некоторые считают электронные переводы электронными чеками, потому что они очень похожи на электронную версию кассового чека. Как только перевод будет инициирован, средства будут сняты с вашего счета.

В отличие от перевода денег с текущего счета на сберегательный счет, банковский перевод не требует, чтобы банковские счета были связаны друг с другом. Вместо этого при банковском переводе используется номер банковского счета получателя и маршрутный номер ABA. Это уникальный 9-значный номер, который идентифицирует каждое банковское учреждение. Если вы не знаете маршрутный номер своего банка, вы можете найти его с помощью быстрого поиска в Интернете.

Что такое перевод ACH?

Перевод ACH — это еще один метод электронных платежей. Если вы когда-либо использовали прямой депозит или прямую оплату, вы принимали участие в переводе ACH. При переводе через ACH банк не используется в качестве посредника. Вместо этого перевод ACH назван в честь использования сети автоматизированной клиринговой палаты (ACH).

Сеть ACH — это сеть банков и других финансовых учреждений, которая использует пакетную обработку для перевода средств из банка в банк. По сути, эти финансовые учреждения группируют транзакции ACH вместе и передают эти группы транзакций три раза в день. Этот процесс контролируется Национальной сетью автоматизированных клиринговых центров (NACHA).

Платежи ACH делятся на две разные категории: прямой депозит и прямой платеж.

Прямой депозит ACH

Прямые депозиты — это платежи ACH, которые осуществляются либо государственным органом, либо бизнесом физическому лицу. Чтобы платить сотрудникам через прямой депозит, вы должны использовать NACHA и ACH.

Прямой платеж через ACH

Когда физическое или юридическое лицо отправляет деньги через сеть ACH, это называется прямым платежом. Прямые платежи ACH используют систему дебета и кредита для перевода денег с одного банковского счета на другой. Деньги списываются с банковского счета отправителя и зачисляются на банковский счет получателя. Отправитель увидит дебет ACH в своей учетной записи, а получатель увидит кредит ACH.

Если вы когда-либо использовали платежное приложение, такое как PayPal или Venmo, вы совершали прямой платеж через ACH.

Ключевые различия между переводами ACH и электронными переводами

Хотя эти два понятия могут использоваться взаимозаменяемо, транзакции ACH и электронные транзакции — это очень разные услуги перевода. Давайте посмотрим на ключевые различия между ними.

ACH по сравнению с банковским переводом: скорость

Когда речь идет о денежном переводе, скорость перевода всегда имеет решающее значение. Получатели часто не хотят ждать дни и дни для обработки платежа, прежде чем их средства станут им доступны.

Электронный перевод является королем, когда речь идет о скорости перевода. При отправке денег внутри страны платежи по безналичному расчету всегда доступны на следующий рабочий день. Во многих случаях банковские переводы могут быть доступны даже в тот же день, если вы соблюдаете крайний срок банка для переводов в тот же день.

Платежи ACH, с другой стороны, могут занять до трех дней, прежде чем банковский перевод и средства станут доступными, хотя большинство из них доступны в течение 24 часов. Тем не менее, NACHA движется к более быстрой доступности средств во всей системе ACH. Теперь они предлагают платежи на следующий день, а в некоторых случаях даже в тот же день.

ACH против банковского перевода: варианты оплаты

В большинстве случаев платежи ACH используют прямой платеж с банковского счета в качестве способа оплаты. Если вы хотите использовать другие способы оплаты, такие как кредитная или дебетовая карта, вам часто придется использовать стороннее платежное приложение.

Электронные переводы более доступны с точки зрения способов оплаты. Деньги можно либо перевести с одного банковского счета на другой, либо отправить с помощью кредитной или дебетовой карты.

ACH против банковского перевода: Стоимость

Если вы ищете экономичный способ отправки денег, ACH — это то, что вам нужно. Транзакции ACH почти всегда бесплатны для физических лиц, хотя при использовании платежных сервисов, таких как PayPal или Venmo, они могут стоить около доллара. Владельцы бизнеса и учреждения, которые используют платежи ACH для прямого депозита, должны платить комиссию, но эта плата никогда не взимается с физических лиц. Таким образом, переводы ACH могут быть отличным выбором для оплаты счетов.

Телеграфные переводы, с другой стороны, связаны с затратами. Стоимость большинства внутренних банковских переводов составляет от 10 до 35 долларов США, а стоимость международных банковских переводов выше.

Кроме того, банки-получатели часто взимают с получателей небольшую комиссию за перевод на их счет.

Всегда разумно использовать банковский счет или дебетовую карту для отправки банковского перевода. Если вы хотите использовать кредитную карту, вы также столкнетесь с комиссиями и процентами, связанными с получением наличных.

ACH по сравнению с банковским переводом: глобальная доступность

Хотя обе службы отправляют деньги в Соединенных Штатах, только телеграфные переводы предлагают международные переводы в любой международный банк.

ACH предлагает только внутренние денежные переводы, хотя у них есть партнерская система под названием Global ACH, которая может осуществлять международные переводы через другие межбанковские сети.

ACH по сравнению с банковским переводом: риск

Платежи ACH, безусловно, считаются более безопасным способом оплаты для отправителей, поскольку они используют сеть NACHA и ACH. Если деньги отправлены ошибочно или по ошибке, есть способы отменить платеж.

Несмотря на то, что с платежами ACH связано несколько мошеннических действий, они обычно требуют от вас ввода значительного объема информации о банковском счете. Из-за этого им гораздо труднее стать жертвой.

Банковский перевод, с другой стороны, является менее безопасной системой для отправителей денег. Платежи банковским переводом осуществляются довольно мгновенно и их невозможно отменить. В случае, если ваши деньги были переведены по ошибке или в результате мошенничества, вернуть их невозможно.

Получателям электронных переводов, с другой стороны, не о чем беспокоиться. Средства доступны сразу, и отправитель не может подделать банковский перевод.

ACH или банковский перевод: какой способ оплаты лучше?

Несмотря на то, что у каждого метода перевода средств есть свои плюсы и минусы, существует всего несколько сценариев, в которых банковский перевод будет лучшим вариантом оплаты для ваших нужд. Большинство предприятий используют платежи ACH, и эти виды денежных переводов значительно дешевле, но обеспечивают большую безопасность. Если вам не нужно, чтобы ваши деньги поступили в тот же день, платежи ACH — отличный вариант.

В случае, если вам нужно отправить деньги с доставкой в ​​тот же день или вам нужно отправить деньги за границу, лучшим вариантом может быть банковский перевод. Тем не менее, всегда обязательно проверяйте своего получателя и его законность.

С помощью QuickBooks Payments вы можете принимать различные типы платежей, включая платежи ACH и электронные чеки, а также дебетовые и кредитные карты. Получайте деньги, когда они вам нужны, с возможностью получения оплаты мгновенно или на следующий день. Онлайн-выставление счетов, обработка мобильных платежей и регулярные платежи упрощают получение оплаты и позволяют сосредоточиться на своем бизнесе.

Рекомендуется для вас

Получите QuickBooks

Умные функции для вашего бизнеса. Мы вас прикрыли.

Фирма будущего

Советы экспертов и ресурсы для современных бухгалтеров.

Исследуйте содержимое

Поддержка QuickBooks

Получите помощь по QuickBooks. Найдите статьи, видеоуроки и многое другое.

Пополнение с помощью канбанов изъятия — Управление цепочками поставок | Динамика 365

Обратная связь Редактировать

Твиттер LinkedIn Фейсбук Эл. адрес

  • Статья
  • 5 минут на чтение

В этой статье описывается, как канбан изъятия используется для пополнения запасов материалов для производственной деятельности.

Рабочий процесс для пополнения запасов материала, использующий канбан изъятия

Канбан изъятия можно использовать для перемещения канбана одного товара между складами и производственными площадками, где расходуется материал. Канбан изъятия поддерживает решение на основе запроса для пополнения запасов материала, когда требуется сигнал запроса, чтобы инициировать поставку для определенного спроса.

В следующем сценарии показана система пополнения на основе запроса, в которой сигнал запроса инициирует создание канбана для пополнения материала для производственного процесса.

  1. Канбан вывода средств
  2. Канбан «откуда» и местоположение для складских работ
  3. Местоположение Канбан «куда» и местонахождение производственных ресурсов
  4. Производственный процесс
  5. Работа на складе для комплектации канбан
  6. Складские помещения для сырья
  7. Склад материалов
  8. Производственный склад

В этом сценарии производственный процесс (4) потребляет материал из места ввода производства (3) на производственном складе (8). Когда единица обработки материала (канбан) израсходована, она регистрируется как пустая. Для источника номенклатуры создается сигнал пополнения, и создается новый канбан (1). В этом случае происхождение товара состоит из местоположений на складе материалов (7). Материал для канбана комплектуется и помещается в место (2) на том же складе. Когда материал собран, он готов к перемещению из места 2 в место ввода продукции (3) на производственном складе (8).

Настройка работы склада для комплектации канбана для канбана изъятия

Чтобы включить комплектование сырья для канбана изъятия, настройте шаблоны волн, рабочие шаблоны и директивы местоположения для типа рабочего задания комплектование канбана . Этот тип заказа на работу поддерживает не только процесс комплектации для канбана изъятия. Он также поддерживает процесс комплектования для производственного канбана. Однако вы можете настроить отдельный процесс комплектации для каждого типа канбана, разделив шаблоны волн, рабочие шаблоны и директивы о местоположении. Чтобы разделить шаблоны волн, рабочие шаблоны и директивы о местоположении, установите критерии для типа активности ( Process или Transfer ) в запросах для этих сущностей.

Настройка канбана изъятия

Перемещение, используемое для канбана изъятия, настраивается как часть активированного плана действий в потоке бережливого производства. В рамках настройки операции передачи вы указываете местоположения «откуда» и «куда» для передачи. После того, как вы настроите действие передачи, вы можете назначить его правилу канбана типа Снятие . Правило канбана устанавливает политики и конфигурации для канбана вывода средств. Количество канбана определяет, сколько единиц единицы обработки канбан несет в процессе перемещения. Фиксированное количество канбана используется, когда выбрана стратегия фиксированного пополнения. Это количество определяет, сколько канбанов требуется для предотвращения исчерпания запасов или создания запасов у источника спроса. Фиксированное количество можно рассчитать на основе фактического спроса, исторического спроса и уровня обслуживания. Следующие два сценария описывают, как можно управлять пополнением запасов материалов с помощью канбана изъятия.

Сценарий 1. Пополнение производственного склада с помощью фиксированного канбана изъятия

Производственный процесс потребляет закупленное сырье с производственного склада. Когда сырье поступает от поставщика, оно хранится в местах на складе материалов. Поскольку спрос на материал считается стабильным в течение определенного периода, он настроен на обеспечение производства в потоке канбана с фиксированным количеством. Когда канбан расходуется на входе производства, регистрируется пустой сигнал, и в поток добавляется новый канбан того же типа.

Можно настроить автоматический сигнал опустошения при завершении канбана. Кроме того, пустой сигнал можно настроить как ручное взаимодействие, которое дается либо с доски передачи Канбан, либо из меню на ручном устройстве. Доска передачи канбана — это рабочая область, в которой управляются все действия в жизненном цикле канбана.

При создании канбана линия волны для сырья добавляется к волне канбана для склада материалов. В разделе списка комплектации на доске перемещения Канбан можно отслеживать состояние материала и связанных с ним складских процессов от создания волны до создания работы, пока материал не окажется в наличии в месте «перемещения из» и не будет готов к перемещению. к местам ввода продукции. Канбан можно заполнить либо с доски переноса канбана, либо из меню на портативном устройстве.

В этом сценарии работа по комплектованию на складе материалов обрабатывается как одна операция. Операция перемещения между складом материала и производственным складом обрабатывается как отдельная операция. Такой подход может быть полезен, если, например, между двумя складами большое физическое расстояние. В этом случае деятельность по перемещению канбана может представлять собой загрузку грузовика.

Если расстояние между местонахождением склада и местонахождением производства невелико, может оказаться более эффективным включить операцию перемещения в процесс комплектования. Затем, после того, как материал собран, его можно отправить непосредственно на место производства. Для поддержки этого процесса вы настраиваете действие по перемещению таким образом, чтобы оно автоматически завершалось при обработке работы по подбору канбана изъятия.

Сценарий 2. Автоматическое завершение операции перемещения при обработке работы по комплектованию канбана

В следующем сценарии операция перемещения канбана изъятия настроена на перемещение между двумя местоположениями на одном складе. Передача в канбане вывода средств настроена таким образом, что она выполняется автоматически.

  1. Общий склад сырья и продукции
  2. Складские помещения для сырья
  3. Канбан «откуда» и местоположение для складских работ
  4. Канбан вывода средств
  5. Место ввода продукции
  6. Производственный процесс

После того, как канбан израсходован на входе производства, канбан считается пустым, и к потоку добавляется новый канбан.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.