Мелкосерийные пресс-формы! Заказать >>

Литье пластмасс под давлением

Литье под давлением реактопластов является более прогрессивным методом переработки по сравнению с компрессионным и литьевым прессованием, однако требует наличия материалов, обладающих необходимыми технологическими свойствами, в частности меньшей вязкостью и более длительным временем вязко-текучего состояния.

Основные стадии процесса


Технологическая схема процесса аналогична переработке литьем под давлением термопластов, как и основные стадии процесса формования. Специфика переработки реактопластов связана с протеканием в период формования изделия не только процессов массопереноса и теплообмена, но и химических взаимодействий, в результате которых происходит образование трехмерной сетчатой структуры термореактивных связующих. Этот фактор предъявляет более жесткие требования к выполнению технологических условий переработки, в первую очередь температурповременных параметров процесса, а также исключению возможности образования застойных зон в материальном цилиндре литьевой машины.
При литье реактопластов применяют как плунжерные, так и червячные литьевые машины. Формование может осуществляться в инжекционном или интрузионном режиме в зависимости от габаритных размеров формируемого изделия из пластика.
Контроль качества сырья. Литьем под давлением перерабатывают фенопласты с различными наполнителями, аминопласты, композиции на основе полиэфирных, эпоксидных и других смол. Наиболее предпочтительны дтя переработки гранулированные материалы. При дозировании порошков и кусочков волокнистых композиций (премиксов) возможно наличие неравномерной подачи материала из-за его зависания в бункере.
Оптимальным дтя обеспечения сыпучести литьевых реактопластов и исключения попадания частиц материала в зазор между гребнем шнека и цилиндром, что приводит к перегреву материала и износу оборудования, является размер гранул от 0,16 до 1,0 мм. При размере >1 мм повышается анизотропия свойств литьевых изделий.
Содержание влаги и летучих в литьевых реактопластах должно составлять от 2 до 4 %. При меньшем содержании влаги ухудшается текучесть материала, а при избытке ее снижа¬ются диэлектрические, физико-механические показатели, возрастает пористость изделий, усадка, коробление.
К технологическим свойствам литьевых реактопластов относятся время вязко пластического состояния, время отверждения и вязкость материала на стадии вязкопластического состояния. Эти показатели определяются на пластометре Канавца при стандартных условиях. Определение вязкости и времени вязкопластического состояния проводят при 120 "С И скорости сдвига 15 с-1, времени отверждения — при той же скорости сдвига, но температуре 170 'С дня фенопластов и 150 °С для аминопластов. По технологическим свойствам условно фенопласты и аминопласты могут быть разделены на три группы:
Материалы I группы целесообразно перерабатывать на плунжерных литьевых машинах, материалы II группы успешно перерабатываются на литьевых машинах с червячной пластикацией, с незапирающимся соплом и объемом пластикационного цилиндра до 250 см3, а для материалов III группы рекомендуется использовать реактопластавтоматы с объемом пластикации свыше 250 см3, снабженные устройствами, предотвращающими утечку материала при впрыске.
Формование. Литье под давлением реактопластов, как и другие методы формования изделий из них, основывается на использовании способности этих материалов при нагревании переходить в вязкотекучие состояние. Одновременно с переходом в вязкопластическое состояние интенсифицируются процессы химического взаимодействия, что ведет к быстрому нарастанию вязкости материала и потере им текучести, т. е. формуемости. Таким образом, процесс нагрева материала, транспортировка его к формующей полости и заполнение формующей полости должны быть осуществлены в течение времени вязкопластического состояния персрабатываемого реактопласта.
Пластикация материала в цилиндре литьевой машины осуществляется непосредственно после его загрузки. В машинах плунжерного типа пластикация обеспечивается в результате сжатия реактопласта в камере материального цилиндра плунжером, развивающим давление до 140—160 МПа. Нагрев материала при пластикации в плунжерной машине происходит как та счет внешнего обогрева от стенок цилиндра, так и за счет диссипации энергии трения частиц материала при их деформации плунжером.
При использовании литьевых машин со шнековой пластикацией нагревание, уплотнение и гомогенизация материала обеспечиваются при транспортировке его шнеком в переднюю часть цилиндра. При этом до 75 % тепла, подводимого к материалу, образуется в результате диссипативного тепловыделения при сдвиговом деформировании материала в канале шнека.
В результате нагрева до температуры размягчения реактоптаст переходит в вязкопластическое состояние и постепенно перемешается по каналам шнека в зону дозирования. Накапливающийся в зоне дозирования материал уплотняется, и в результате возникающего давления шнек отходит назад. Скорость отхода шнека регулируется величиной противодавления, создаваемого в гидроцилиндрс литьевой машины. При пластикации реактопластов создание противодавления необходимо не только не для регулирования плотности материала, но и дтя предотвращения выделения в самостоятельную фазу летучих продуктов, образующихся в результате химической реакции, протекающей в связующем параллельно с пластикацией.
Большую роль в качественной подготовке материала к впрыску в формующую полость играют на стадии пластикации температура, до которой нагревается материал, и продолжительность пластикации. Чем выше температура пластикации, тем ниже вязкость материала и лучше его формуемость. Однако с ростом температуры уменьшается время вязкопластического состояния, что может привести к преждевременному отверждению материала как

На уровень температуры материала в рабочем цилиндре существенное влияние оказывают скорость вращения шнека и величина противодавления, так как основной нагрев осуществляется за счет диссилативных потерь в деформируемом материале. Фактическая температура материала, подготовленного к впрыску в формующую полость, выше, чем температура, за даваемая на нагревателях цилиндра. С ростом противодавления и частоты вращения шнека разница между этими температурами увеличивается.
Время набора дозы пропорционально ее объему, а также связано с частотой вращения шнека, противодавлением и геометрией шнека. Существенное влияние оказывают на пластикационную производительность сыпучесть и насыпная плотность сырья.
Технологические параметры на стадии пластикации устанавливают таким образом, чтобы на выходе из цилиндра температура материала не превышала 80—100 °С .
Для исключения отверждения материала в цилиндре набираемая доза материала должна соответствовать объему впрыска. Дозирование обеспечивается осевым перемещением шнека, составляющим при литье реактопластов не более двух-трех диаметров шнека. Кроме того, пластикация материала должна проводиться таким образом, чтобы ее завершение совпадало с моментом впрыска материала в форму.
Впрыск подготовленной дозы в форму проводится так же, как и при литье термопластов, но возникающий при впрыске перепал давлений в системе "сопло—форма" существенно выше из-за большей вязкости реактопластов. Это приводит к тому, что поступающий в полость формы материал имеет температуру на 15—20 °С выше, чем в зоне дозирования. Если впрыск ведется при высокой температуре и давления литья, то температура материала к концу сталии впрыска может стать выше температуры формы. Аналогичное явление наблюдается при литье тонкостенных изделий.
Время заполнения формы определяется средней скоростью впрыска, которая снижается с уменьшением давления литья, увеличением вязкости материала (т. е. уменьшением Тм и Тф) и ростом суммарного сопротивления перемещению шнека .
Выдержка под давлением проводится после заполнения оформляющей полости материала. В этот период цикла литья через систему "сопло — литниковая система формы" шнек продолжает нагнетать материал в оформляющую полость, что приводит к росту давления в форме.
В процессе выдержки под давлением происходит выравнивание давления между формующей полостью и материальным цилиндром, высокий уровень давления в форме препятствует выделению адсорбированных и растворенных в материале летучих продуктов в самостоятельную фазу, благодаря чему снижается пористость готового изделия. Кроме того, выравнивание давления подтипе формы обеспечивает снижение внутренних напряжений в отливке.
Во время выдержки под давлением (гл) течение материала через сопло, литники и по оформляющей полости не прекращается, но скорость его намного ниже, чем на стадии впрыска. Это приводит к снижению сопротивления перемещению шнека в цилиндре и потерь давления в литниковых каналах формы. Поэтому на стадии выдержки под давлением целесообразно регулировать давление на материал, находящийся в зоне дозирования материального цилиндра (давление подпитки), что предусматривается конструкцией современных реактопластавтоматов. Использование повышенных давлений на этой стадии при литье реактопластов приводит к деформированию пристенных слоев изделия, в которых уже частично произошло отверждение при контакте с горячей стенкой формы, к образованию морщин, складок на поверхности изделия, его короблению.
Кроме того, высокое давление подпитки может приводить к частичному размыканию полуформ и истечению материала из полости формы (образованию облоя). Давление в форме при этом резко падает  вплоть до момента до-отверждения материала.
Продолжительность выдержки под давлением связана со временем отверждения материала в литнике. Если формуется толстостенное изделие из пластмассы, то отверждение материала в литнике завершается гораздо раньше, чем в оформляющей полости, так как время прогрева до температуры отверждения в литнике намного меньше. При формовании тонкостенных изделий потеря текучести материала в изделии может наступить одновременно с литником, а иногда и раньше. В этом случае продолжительность выдержки под давлением определяется временем, в течение которого материал практически теряет текучесть в полости формы. При малой продолжительности выдержки под давлением после отвода сопла происходит истечение материала из полости формы через литниковую систему , что приводит к образованию пористости изделия у впускного литника, а для толстостен¬ных изделий — к образованию в этом месте пустот. При завышенной продолжительности выдержки под давлением, особенно если литье ведется при высоком давлении подпитки, а литники имеют малую длину и большой диаметр, материал продолжает поступать в полость даже при частичном отверждении. Это приводит к по¬явлению дефектов поверхности в виде складок, моршин.
После отверждения материала в литниковой системе и прекращения течения сопло отводится от формы, и выдержка под давлением завершается .
Изменение температуры реактопласта, находящегося в форме. Приведенная зависимость отражает нагрев материала за счет: 1) теплопроводности от стенок горячей формы, 2) диссипативпых потерь в результате вязкого течения и 3) теплового эффекта реакции отверждения.
Выдержка на отверждение в форме проходит при постоянной массе изделия. Основное назначение этой стадии цикла литья — обеспечить необходимую и одинаковую но всему объему изделия степень отверждения. Выдержка на отверждение завершается при достижении материалом определенной степени отверждения, при которой обеспечиваются эксплуатационные требования, предъявляемые к изделию. Для изделий общетехнического назначения, изготавливаемых из фенопластов, рекомендуется вести процесс отверждения в течение времени, обеспечивающего прочность при сдвиге 6 МПа, из аминопластов — 4 МПа. Для изделий электротехнического назначения рекомендуется более продолжительная выдержка на отверждение.
Чем больше толщина изделия, тем сложнее обеспечить одинаковую степень отверждения по его объему, так как в первую очередь прогреваются до температуры формы пристенные слои и отверждение в них начинается быстрее. Поэтому увеличение длительности выдержки на отверждение с целью обеспечения полноты отверждения внутренних слоев может привести к "переотверждению" внешних слоев, что приводит к снижению усталостной выносливости изделия, маслостойкости и других показателей.
В процессе выдержки на отверждение продолжается прогрев материала от стенок формы и в результате теплового расширения материала повышается давление в форме. С другой стороны, в результате протекания реакции отверждения наблюдается объемная усадка материала, несколько запаздывающая по времени относительно прогрева. На начальное стадии процесса выдержки на отверждение преобладает расширение материала, сопровождающееся ростом давления , а преобладание второго процесса (усадки) приводит к медленному снижению давления в форме.
Максимальное давление Ршх, развивающееся в оформляющей полости, определяет минимальное усилие, необходимое для запирания формы. Если давление в форме на стадии отверждения превышает усилие запирания, то форма частично раскрывается, и давление в полости формы падает. Это приводит к снижению стабильности размеров изделий.
Чем выше температура материала, впрыскиваемого в форму, тем меньше тепловое расширение при нагреве до температуры формы, а следовательно, уменьшается максимальное давление в форме.
К концу выдержки на отверждение в форме действует давление Рк, влияющее на размерную точность изделий и их склонность к короблению. При раскрытии формы в момент окончания выдержки на отверждение давление снижается от Рк до атмосферного Ра.