Производство пластических масс

РефератПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Уменьшение толщины стенки изделия приводит к быстрому росту потерь — |давления расплава на стадии впрыска. Если эти потери давления превышают — |допустимое давление для используемой литьевой машины, может появиться — |недолив. — |При тонкостенном литье большую роль играет застывший пристенный слой, — |толщина которого сопоставима с толщиной полости. Величина застывшего слоя| |очень сильно зависит… Читать ещё >

Производство пластических масс (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

смотреть на рефераты похожие на «Производство пластических масс «.

Содержание Введение 2 Наполненные и супернаполненные пластики. 3 Литье при низком давлении 10 Требования к материалу изделия 10 Требования к пресс-форме 11 Литьевые машины для литья при низком давлении 11 Преимущества литья под давлением изделий из термопластов 12 с применением горячеканальных форм 12 Литье с газом 16 Литье тонкостенных изделий 20 Список литературы 26.

Данная работа посвящена общим аспектам и технологии производства пластических масс.

Пластические массы, пластмассы, пластики, материалы, содержащие в своём составе полимер, который в период формования изделий находится в вязкотекучем или высокоэластичном состоянии, а при эксплуатации — в стеклообразном или кристаллическом состоянии. В зависимости от характера процессов, сопутствующих формованию изделий, П. м. делят на реактопласты и термопласты. К числу реактопластов относят материалы, переработка в изделия которых сопровождается химической реакцией образования сетчатого полимера — отвердением; при этом пластик необратимо утрачивает способность переходить в вязкотекучее состояние (раствор или расплав). При формовании изделий из термопластов не происходит отвердения, и материал в изделии сохраняет способность вновь переходить в вязкотекучее состояние.

П. м. обычно состоят из нескольких взаимно совмещающихся и не совмещающихся компонентов. При этом, помимо полимера, в состав П. м. могут входить наполнители полимерных материалов, пластификаторы, понижающие температуру текучести и вязкость полимера, стабилизаторы полимерных материалов, замедляющие его старение, красители и др. П. м. могут быть однофазными (гомогенными) или многофазными (гетерогенными, композиционными) материалами. В гомогенных П. м. полимер является основным компонентом, определяющим свойства материала. Остальные компоненты растворены в полимере и способны улучшать те или иные его свойства. В гетерогенных П. м. полимер выполняет функцию дисперсионной среды (связующего) по отношению к диспергированным в нём компонентам, составляющим самостоятельные фазы. Для распределения внешнего воздействия на компоненты гетерогенного пластика необходимо обеспечить прочное сцепление на границе контакта связующего с частицами наполнителя, достигаемое адсорбцией или химической реакцией связующего с поверхностью наполнителя.

Наполненные и супернаполненные пластики.

Наполнитель в П. м. может быть в газовой или конденсированной фазах. В последнем случае его модуль упругости может быть ниже (низкомодульные наполнители) или выше (высокомодульные наполнители) модуля упругости связующего.

К числу газонаполненных пластиков относятся пенопласты — материалы наиболее лёгкие из всех П. м.; их кажущаяся плотность составляет обычно от 0,02 до 0,8 г/см3.

Низкомодульные наполнители (их иногда называют эластификаторами), в качестве которых используют эластомеры, не понижая теплостойкости и твёрдости полимера, придают материалу повышенную устойчивость к знакопеременным и ударным нагрузкам (см. табл. 1), предотвращают прорастание микротрещин в связующем. Однако коэффициент термического расширения эластифицированных П. м. выше, а деформационная устойчивость ниже, чем монолитных связующих. Эластификатор диспергируют в связующем в виде частиц размером 0,2−10 мкм. Это достигается полимеризацией мономера на поверхности частиц синтетических латексов, отверждением олигомера, в котором диспергирован эластомер, механическим перетиранием смеси жёсткого полимера с эластомером. Наполнение должно сопровождаться образованием сополимера на границе раздела частиц эластификатора со связующим. Это обеспечивает кооперативную реакцию связующего и эластификатора на внешнее воздействие в условиях эксплуатации материала. Чем выше модуль упругости наполнителя и степень наполнения им материала, тем выше деформационная устойчивость наполненного пластика. Однако введение высокомодульных наполнителей в большинстве случаев способствует возникновению остаточных напряжений в связующем, а следовательно, понижению прочности и монолитности полимерной фазы.

Свойства П. м. с твёрдым наполнителем определяются степенью наполнения, типом наполнителя и связующего, прочностью сцепления на границе контакта, толщиной пограничного слоя, формой, размером и взаимным расположением частиц наполнителя. П. м. с частицами наполнителя малых размеров, равномерно распределёнными по материалу, характеризуются изотропией свойств, оптимум которых достигается при степени наполнения, обеспечивающей адсорбцию всего объёма связующего поверхностью частиц наполнителя. При повышении температуры и давления часть связующего десорбируется с поверхности наполнителя, благодаря чему материал можно формовать в изделия сложных форм с хрупкими армирующими элементами. Мелкие частицы наполнителя в зависимости от их природы до различных пределов повышают модуль упругости изделия, его твёрдость, прочность, придают ему фрикционные, антифрикционные, теплоизоляционные, теплопроводящие или электропроводящие свойства.

Для получения П. м. низкой плотности применяют наполнители в виде полых частиц. Такие материалы (иногда называемые синтактическими пенами), кроме того, обладают хорошими звукои теплоизоляционными свойствами.

Применение в качестве наполнителей природных и синтетических органических волокон, а также неорганических волокон (стеклянных, кварцевых, углеродных, борных, асбестовых), хотя и ограничивает выбор методов формования и затрудняет изготовление изделий сложной конфигурации, но резко повышает прочность материала. Упрочняющая роль волокон в волокнитах, материалах, наполненных химическими волокнами (т. н. органоволокнитах), карбоволокнитах (см. Углеродопласты) и стекловолокнитах проявляется уже при длине волокна 2−4 мм. С увеличением длины волокон прочность возрастает благодаря взаимному их переплетению и понижению напряжений в связующем (при высокомодульном наполнителе), локализованных по концам волокон. В тех случаях, когда это допускается формой изделия, волокна скрепляют между собой в нити и в ткани различного плетения. П. м., наполненные тканью (текстолиты), относятся к слоистым пластикам, отличающимся анизотропией свойств, в частности высокой прочностью вдоль слоёв наполнителя и низкой в перпендикулярном направлении. Этот недостаток слоистых пластиков отчасти устраняется применением т. н. объемно-тканых тканей, в которых отдельные полотна (слои) переплетены между собой. Связующее заполняет неплотности переплетений и, отверждаясь, фиксирует форму, приданную заготовке из наполнителя.

В изделиях несложных форм, и особенно в полых телах вращения, волокнанаполнители расположены по направлению действия внешних сил. Прочность таких П. м. в заданном направлении определяется в основном прочностью волокон; связующее лишь фиксирует форму изделия и равномерно распределяет нагрузку по волокнам. Модуль упругости и прочность при растяжении изделия вдоль расположения волокон достигают очень высоких значений (см. табл. 1). Эти показатели зависят от степени наполнения П. м.

Для панельных конструкций удобно использовать слоистые пластики с наполнителем из древесного шпона или бумаги, в том числе бумаги из синтетического волокна (Древесные пластики, Гетинакс). Значительное снижение массы панелей при сохранении жёсткости достигается применением материалов трёхслойной, или сэндвичевой, конструкции с промежуточным слоем из пенопласта или сотопласта.

Основные виды термопластов. Среди термопластов наиболее разнообразно применение полиэтилена, поливинилхлорида и полистирола, преимущественно в виде гомогенных или эластифицированных материалов, реже газонаполненных и наполненных минеральными порошками или синтетическими органическими волокнами.

П. м. на основе полиэтилена легко формуются и свариваются в изделия сложных форм, они устойчивы к ударным и вибрационным нагрузкам, химически стойки, отличаются высокими электроизоляционными свойствами (диэлектрическая проницаемость 2,1−2,3) и низкой плотностью. Изделия с повышенной прочностью и теплостойкостью получают из полиэтилена, наполненного коротким (до 3 мм) стекловолокном. При степени наполнения 20% прочность при растяжении возрастает в 2,5 раза, при изгибе — в 2 раза, ударная вязкость — в 4 раза и теплостойкость — в 2,2 раза.

Жёсткая П. м. на основе поливинилхлорида — винипласт, в том числе эластифицированный (ударопрочный), формуется значительно труднее полиэтиленовых пластиков, но прочность её к статическим нагрузкам намного выше, ползучесть ниже и твёрдость выше. Более широкое применение находит пластифицированный поливинилхлорид — пластикат. Он легко формуется и надёжно сваривается, а требуемое сочетание в нём прочности, деформационной устойчивости и теплостойкости достигается подбором соотношения пластификатора и твёрдого наполнителя.

П. м. на основе полистирола формуются значительно легче, чем из винипласта, их диэлектрические свойства близки к свойствам полиэтиленовых П. м., они оптически прозрачны и по прочности к статическим нагрузкам мало уступают винипласту, но более хрупки, менее устойчивы к действию растворителей и горючи. Низкая ударная вязкость и разрушение вследствие быстрого прорастания микротрещин — свойства, особенно характерные для полистирольных пластиков, устраняются наполнением их эластомерами, т. е. полимерами или сополимерами с температурой стеклования ниже — 40 °C. Эластифицированный (ударопрочный) полистирол наиболее высокого качества получают полимеризацией стирола на частицах бутадиен-стирольного или бутадиен-нитрильного латекса. Материал, названный АБС, содержит около 15% гель-фракции (блоки привитые сополимеры полистирола и указанных сополимеров бутадиена), составляющей граничный слой и соединяющей частицы эластомера с матрицей из полистирола. Морозостойкость материала ограничивает температура стеклования эластомера, теплостойкость — температура стеклования полистирола.

Теплостойкость перечисленных термопластов находится в пределах 60−80 °С, коэффициент термического расширения высок и составляет 1 * 10−4, их свойства резко изменяются при незначительном изменении температуры, деформационная устойчивость под нагрузкой низкая. Этих недостатков отчасти лишены термопласты, относящиеся к группе иономеров, например сополимеры этилена, пропилена или стирола с мономерами, содержащими ионогенные группы (обычно ненасыщенные карбоновые кислоты или их соли). Ниже температуры текучести благодаря взаимодействию ионогенных групп между макромолекулами создаются прочные физические связи, которые разрушаются при размягчении полимера. В иономерах удачно сочетаются свойства термопластов, благоприятные для формования изделий, со свойствами, характерными для сетчатых полимеров, т. е. с повышенной деформационной устойчивостью и жёсткостью. Однако присутствие ионогенных групп в составе полимера понижает его диэлектрические свойства и влагостойкость.

П. м. с более высокой теплостойкостью (100−130 °С) и менее резким изменением свойств с повышением температуры производят на основе полипропилена, полиформальдегида, поликарбонатов, полиакрилатов, полиамидов, особенно ароматических полиамидов. Быстро расширяется номенклатура изделий, изготавливаемых из поликарбонатов, в том числе наполненных стекловолокном.

Для деталей, работающих в узлах трения, широко применяются пластики из алифатических полиамидов, наполненных теплопроводящими материалами, например графитом.

Особенно высоки химическая стойкость, прочность к ударным нагрузкам и диэлектрические свойства пластиков на основе политетрафторэтилена и сополимеров тетрафторэтилена. В материалах на основе полиуретанов удачно сочетается износостойкость с морозостойкостью и длительной прочностью в условиях знакопеременных нагрузок. Полиметилметакрилат используют для изготовления оптически прозрачных атмосферостойких материалов (см. также Стекло органическое).

Объём производства термопластов с повышенной теплостойкостью и органических стекол составляет около 10% общего объёма всех полимеров, предназначенных для изготовления П. м. отверждения.

Отсутствие реакций отверждения во время формования термопластов даёт возможность предельно интенсифицировать процесс переработки. Основные методы формования изделий из термопластов — литьё под давлением, экструзия, вакуумформование и пневмоформование. Поскольку вязкость расплава высокомолекулярных полимеров велика, формование термопластов на литьевых машинах или экструдерах требует удельных давлений 30−130 Мн/м = (300−1300 кгс/см2).

Дальнейшее развитие производства термопластов направлено на создание материалов из тех же полимеров, но с новыми сочетаниями свойств, применением эластификаторов, порошковых и коротковолокнистых наполнителей.

Потребление П. м. в строительстве непрерывно возрастает. При увеличении мирового производства П. м. в 1960;70 примерно в 4 раза объём их потребления в строительстве возрос в 8 раз. Это обусловлено не только уникальными физико-механическими свойствами полимеров, но также и их ценными архитектурно-строительными характеристиками. Основные преимущества П. м. перед др. строительными материалами — лёгкость и сравнительно большая удельная прочность. Благодаря этому может быть существенно уменьшена масса строительных конструкций, что является важнейшей проблемой современного индустриального строительства. Наиболее широко П. м. (главным образом рулонные и плиточные материалы) используют для покрытия полов и др. отделочных работ, герметизации, гидрои теплоизоляции зданий, в производстве труб и санитарно-технического оборудования. Их применяют и в виде стеновых панелей, перегородок, элементов кровельных покрытий (в т. ч. светопрозрачных), оконных переплётов, дверей, пневматических строительных конструкций, домиков для туристов, летних павильонов и др.

П. м. занимают одно из ведущих мест среди конструкционных материалов машиностроения. Потребление их в этой отрасли становится соизмеримым (в единицах объёма) с потреблением стали. Целесообразность использования П. м. в машиностроении определяется прежде всего возможностью удешевления продукции. При этом улучшаются также важнейшие технико-экономические параметры машин — уменьшается масса, повышаются долговечность, надёжность и др. Из П. м. изготовляют зубчатые и червячные колёса, шкивы, подшипники, ролики, направляющие станков, трубы, болты, гайки, широкий ассортимент технологической оснастки и др.

Основные достоинства П. м., обусловливающие их широкое применение в авиастроении, — лёгкость, возможность изменять технические свойства в большом диапазоне. За период 1940;70 число авиационных деталей из П. м. увеличилось от 25 до 10 000. Наибольший прогресс в использовании полимеров достигнут при создании лёгких самолётов и вертолётов. Тенденция ко всё более широкому их применению характерна также для производства ракет и космических аппаратов, в которых масса деталей из П. м. может составлять 50% от общей массы аппарата. С использованием реактопластов изготовляют реактивные двигатели, силовые агрегаты самолётов (оперение, крылья, фюзеляж и др.), корпуса ракет, колёса, стойки шасси, несущие винты вертолётов, элементы тепловой защиты, подвесные топливные баки и др. Термопласты применяют в производстве элементов остекления, антенных обтекателей, при декоративной отделке интерьеров самолётов и др., пенои сотопласты — как заполнители высоконагруженных трёхслойных конструкций.

Области применения П. м. в судостроении очень разнообразны, а перспективы использования практически неограничены. Их применяют для изготовления корпусов судов и корпусных конструкций (главным образом стеклопластики), в производстве деталей судовых механизмов, приборов, для отделки помещений, их тепло-, звукои гидроизоляции.

В автомобилестроении особенно большую перспективу имеет применение П. м. для изготовления кабин, кузовов и их крупногабаритных деталей, т.к. на долю кузова приходится около половины массы автомобиля и ~ 40% его стоимости. Кузова из П. м. более надёжны и долговечны, чем металлические, а их ремонт дешевле и проще. Однако П. м. не получили ещё большого распространения в производстве крупногабаритных деталей автомобиля, главным образом из-за недостаточной жёсткости и сравнительно невысокой атмосферостойкости. Наиболее широко П. м. применяют для внутренней отделки салона автомобиля. Из них изготовляют также детали двигателя, трансмиссии, шасси. Огромное значение, которое П. м. играют в электротехнике, определяется тем, что они являются основой или обязательным компонентом всех элементов изоляции электрических машин, аппаратов и кабельных изделий. П. м. часто применяют и для защиты изоляции от механических воздействий и агрессивных сред, для изготовления конструкционных материалов и др.

Тенденция ко всё более широкому применению П. м. (особенно плёночных материалов) характерна для всех стран с развитым сельским хозяйством. Их используют при строительстве культивационных сооружений, для мульчирования почвы, дражирования семян, упаковки и хранения сельском хозяйстве продукции и т. д. В мелиорации и сельском хозяйстве водоснабжении полимерные плёнки служат экранами, предотвращающими потерю воды на фильтрацию из оросительных каналов и водоёмов; из П. м. изготовляют трубы различного назначения, используют их в строительстве водохозяйственных сооружений и др.

В медицинской промышленности применение П. м. позволяет осуществлять серийный выпуск инструментов, специальной посуды и различных видов упаковки для лекарств. В хирургии используют пластмассовые клапаны сердца, протезы конечностей, ортопедические вкладки, туторы, стоматологические протезы, хрусталики глаза и др.

Супернаполненные пластмассы (СНП) на основе минеральных наполнителей и термопластов относятся к новым композиционным материалам для строительства, способным заменить дорогую пластмассу, они экологически чисты, дешевы, сочетают лучшие свойства полимеров со специальными характеристиками.

Введение

минеральных наполнителей в полимеры позволяет улучшить прочностные показатели, огнестойкость, теплои электрофизические свойства, снизить токсичность при горении и т. д. СНП могут применяться в строительстве в качестве конструкционных, отделочных материалов, трубопроводов, обладающих повышенной огнестойкостью, стойкостью к воздействию агрессивных и атмосферных факторов, в том числе к солнечной радиации в условиях длительной эксплуатации, водостойкости и кислотостойкости.

Из супернаполненных пластмасс можно получать плиты широкого назначения, трубы канализационные, оболочки для силовых кабелей, обладающие повышенной огнестойкостью, а также пожаробезопасные отделочные материалы для полов, стен, сидений в транспорте, детских медицинских учреждениях, обладающие высокой износостойкостью и долговечностью.

Исходным материалом супернаполненных пластмасс является минеральный тонкомолотый наполнитель (кварцевый песок, мел, тальк, слюда), и в качестве связующего применяются термопласты (полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид) и их отходы. Реализация процесса микрокапсулирования частиц наполнителя расплавом позволяет снизить абразивность композиции и перерабатывать ее в изделия методами экструзии, вальцевания, литья и прессования. Высокая степень наполнения (до 90% массы) минеральным наполнителем обеспечивает низкую себестоимость продукции и высокую рентабельность производства.

Изделия из СНП сочетают в себе лучшие качества всех известных материалов: экологическую чистоту, высокие прочностные характеристики, обладают повышенными значениями износо-, и химстойкости, заданными электрическими, магнитными, бактериостатическими и антиобрастающими (грибками, моллюсками) характеристиками, хорошо поддаются механической обработке. Материал практически не имеет усадки, сохраняет формоустойчивость при температуре до +120°C.

Ниже рассмотрим основные технологические особенности различных способов производства пластиковых масс.

Литье при низком давлении.

Одной из разновидностей литья под давлением термопластичных материалов является т.н. литье при низком давлении (low-pressure injection molding). Литье при низком давлении применяется для изготовления крупногабаритных изделий (столешницы, двери, различные панели, подставки и пр.), а также изделий с декоративной поверхностью, получаемых методом литья на подложку (ткань, кожу, пленку). В зарубежной литературе для последнего процесса обычно используют термины «In-mold decoration «(IMD) или «In-mold lamination ». Методом литья на подложку изготавливают мебель (сиделья стульев и кресел), чемоданы и дипломаты, крупногабаритные детали салона автомобилей и т. д.

Особенностью литья на подложку является невозможность применения высоких скоростей впрыска, характерных для обычного литья под давлением, т.к. при высокой скорости впрыска происходит смещение и смятие подложки. При малых скоростях впрыска резко уменьшаются потери давления: давление впрыска в этом процессе обычно не превышает 10 МПа.

Хотя время впрыска в данном процессе удлиняется в 3−4 раза по сравнению с обычным литьем, общее время цикла остается на том же уровне изза того, что практически отсутствует стадия выдержки под давлением и уменьшается время выдержки на охлаждение. Изделие можно извлекать из прессформы при более высокой температуре. Изделия, полученные литьем при низком давлении, отличаются низким уровнем остаточных напряжений и малым короблением.

Малая скорость впрыска и низкое давление выдвигают особые требования к материалу и конструкции изделия, пресс-форме и литьевому оборудованию.

Требования к материалу изделия.

Для литья на подложку обычно используют материалы с невысокой температурой переработки, такие как полипропилен, АБС-пластики и смеси на их основе.

Процесс требует применения материалов с высокой текучестью. Хотя подложка является хорошим изолятором и изделие охлаждается только с одной стороны, при низкой скорости впрыска диссипативное тепловыделение крайне мало — расплав быстро охлаждается.

Выбор материала и определение толщины изделия, необходимой для 100% заполнения, может быть выполнен с высокой точностью в программном продукте Flow. Для учета влияния подложки на процесс литья необходимо также использовать анализ охлаждения пресс-формы Cool (в этом программном продукте предусмотрен специальный анализ литья на подложку).

Требования к пресс-форме.

Использование низких давлений и малых скоростей резко уменьшает требования к механической прочности деталей пресс-формы, что позволяет существенно уменьшить толщину плит и вес пресс-формы по сравнению с обычным литьем. Пресс-форма может изготавливаться из недорогих, легко обрабатываемых материалов.

В то же время в данном процессе используется горячеканальная литниковая система. Одной из особенностей литья при низком давлении является малая прочность и низкое качество линий спая. В области спаев наблюдаются дефекты на декоративной подложке. Поэтому для предотвращения появления линий спая в литье при низком давлении применяется особая технология «последовательных впусков «(sequential gating, cascade control). В этой технологии используются запирающиеся горячеканальные сопла. Начальное состояние всех сопел, кроме одного — закрытое. Сопло открывается только в тот момент, когда до него доходит фронт расплава. Оптимальное положение впусков, а также моменты открытия/закрытия могут быть определены на этапе конструирования изделия/пресс-формы в программном продукте Flow.

Литьевые машины для литья при низком давлении.

Отсутствие высоких давлений и скоростей значительно упрощает все узлы литьевой машины. В 3−4 раза снижается усилие замыкания. Уменьшается толщина и габариты крепежных плит. Например, машина для литья при низком давлении с усилием замыкания 350 т имеет плиты с размерами 1120×1120 мм, тогда как размер плит машины с таким же усилием замыкания для обычного литья составляет всего 735×735 мм.

Специальные литьевые машины для литья при низком давлении выпускают фирмы Hettinga Equipment, Engel, Krauss-Maffei и др.

Преимущества литья под давлением изделий из термопластов.

с применением горячеканальных форм.

К преимуществам литья под давлением термопластов с применением точечного литья горячеканальных форм перед литьем под давлением с использованием затвердевающей литниковой системы относятся, в частности, отсутствие отходов, улучшение качества изделий, возможность интенсификации производственного процесса. Широкое внедрение этого метода обеспечивает значительный экономический эффект за счет полной автоматизации процесса литья под давлением термопластов без применения промышленных роботов и манипуляторов. Техническое перевооружение заводов, перерабатывающих пластические массы, предусматривает поэтапную замену маломощного оборудования и малогнездной оснастки более производительным литьевым оборудованием и новой горячеканальной многогнездной и многовпускной безотходной оснасткой. Перевооружение целесообразно начинать с экономически наиболее рентабельных и крупносерийных производств, а также с заводов, выпускающих крупногабаритные изделия.

Особенности конструкций горячеканальных форм. Наиболее широко используют три варианта конструкции впускного устройства литниковой системы горячеканальной формы.

Впускное устройство варианта I состоит из распределителя, в котором расположены обогреваемые литниковые каналы, датчики терморегуляторов и открытые сопла со специальными термоизолирующими опорными и герметизирующими втулками, предотвращающими вытекание расплава из камеры сопла. Форма с таким впускным устройством предназначена для переработки высоковязких и вязких материалов (полиолефинов). Сопла изготавливают из бериллиевой бронзы марки БР-Б2 (ГОСТ 15−835−70), термоизолирующие и герметизирующие виулки и другие детали — из титанового сплава ТВ (ГОСТ 190- 173−75). Бериллиевая бронза имеет наиболее высокий коэффициент теплопроводности, что уменьшает потери тепла из текущего в соплах расплава. Титановый сплав, наоборот, имеет минимальный коэффициент теплопроводности, что предотвращает нагрев соприкасающихся с ним деталей формы, в основном матрицы и переднего фланца.

Вариант II отличается от варианта I применением самозапирающихся клапанов, которые открываются под действием давления расплава на их заплечики, а после заполнения оформляющих полостей и уплотнения отливки они с помощью пружины запирают выходные каналы, расположенные в переднем фланце формы. Зазор между сферическими поверхностями сопла и матрицы не превышает 0.01 — 0.02 мм, поэтому расплав через него не проникает. Упорноцентрирующие пояски на наружной конической поверхности сопла предохраняют тонкие стенки его камеры от разрушения сферической поверхностью сопла, образующийся воздушный зазор обеспечивает теплоизоляцию сопла и матрицы, предотвращает вытекание расплава из камеры головки сопла в пространство между распределителем, переднем фланцем и матрицей, а также взаимно центрирует сопло и впускные каналы матрицы. Формы с впускным устройством варианта II — V предназначены для переработки маловязких материалов (полиамидов).

Варианты II — V отличаются от варианта I тем, что в них коническая поверхность клапана запирает впускной канал, расположенный не в сопле, а в матрице и углубляется внутрь изделия на 0.01 — 0.03 мм. Зазор между цилиндрическим стержнем клапана и соплом составляет 1- 1.5 мм, а само сопло, верхняя часть которого находится в камере матрицы, окружено изоляционным слоем толщиной 2−3 мм. Для предотвращения его вытекания в камеру распределителя служат специальные опорно-герметизирующие и теплоизоляционные втулки из титана. Впускные устройства вариантов II-V обеспечивают литье изделий без дополнительной зачистки следов на них и предназначены для переработки маловязких полимерных материалов. Разработаны комбинированные литниковые системы с обогреваемым разводящим литником и затвердевающими подводящими впускными литниками. Для однои четырехгнездных горячеканальных форм применяют однои четырехсопловые запорные обогреваемые краны.

Во всех вариантах впускных устройств сопла крепятся к распределителю путем их плотной посадки в гладких глухих отверстиях или с помощью резьбовых соединений с уплотнительными коническими поясками. Оба способа крепления сопел используют в одногнездных формах как с одним, так и с несколькими впускными каналами в производстве крупногабаритных изделий, а также в многогнездных формах .

Получение высококачественных изделий литьем под давлением с применением горячеканальных форм. При литье под давлением изделий в горячеканальных формах обеспечивается наиболее равномерное заполнение и уплотнение оформляющих полостей без опережающих потоков расплава, под действием которых в затвердевающей литниковой системе образуются холодные спаи, что особенно характерно для одногнездных многовпускных и многогнездных форм. При этом заполнение оформляющих полостей достигается при минимальном давлении благодаря отсутствию затвердевающей литниковой системы, а в многовпускных и многогнездных формах — за счет равномерного распределения и повышения температуры на всем пути течения расплава и его уменьшения в обогреваемых литниковых каналах и оформляющих полостях, а также в результате дополнительного разогрева расплава при его продавливании через точечные впускные каналы. Все это позволяет увеличить максимальную площадь литья на одной и той же машине на 30−40% по сравнению с площадью литья, достигающейся при использовании затвердеваюшей литниковой системы, или применять при той же площади литья машину с меньшим усилием запирания и менее металлоемкими формами. Литье при пониженном давлении и повышенной температуре полости формы обеспечивает получение изделий с меньшими остаточными напряжениями, улучшает условия заполнения формы и уплотнения расплава, а также условия эксплуатации формы с повышением ее долговечности. В горячеканальных формах минимальная конусность нагнетающей части клапанов и впускных каналов позволяет без участия шнека с помощью сжатой пружины подавать в оформляющие полости дополнительный объем расплава, компенсирующий усадку. Благодаря этому увеличивается плотность отливок и возрастает равномерность ее распределения по объему отливки, что имеет особенно большое значение в производстве высокоточных изделий. В распределителе горячеканальной формы рядом с литниковыми каналами и вмонтированными в них соплами параллельно обеим сторонам каждого из них расположены нагреватели, а в конце каналов установлены в контакте с глухой стороной крайних (несквозных) сопел датчики терморегуляторов и аналоговые приборы Р-133 с усилителями У-13 для снятия избыточной мощности. Такая электромонтажная схема при праллельном включении в сеть обеспечивает равномерную температуру расплава в любой точке литниковых каналов и у каждого сопла, к которым подводится дозированное количество электроэнергии. С помощью термопар осуществляется своевременное включение и отключение электрической сети, что предупреждает перегрев расплава и нагревателей и выход их из строя. Благодаря равномерному распределению температуры расплава и формы исключается возможность коробления изделий и необходимость их рихтовки перед сборкой или установкой в агрегат, а также достигается равномерность усадки охлаждаемого изделия. Необходимая мощность нагревателей и их количество рассчитываются по известной методике. Варианты III — V — литье в центр дна изделия.

Интенсификация процесса изготовления изделий литьем под давлением с применением горячеканальных форм. Возможность такой интенсификации обеспечивается в результате снижения удельных материальных, трудовых, энергетических и других затрат из-за устранения необходимости отделения литников и зачистки их следов на изделии и исключения при этом затрат первичного материала на образование литников, их дробление и вторичное гранулирование. Для изготовления мелких деталей вместо маломощных литьевых машин с одногнездными формами целесообразно применять более мощные литьевые машины и многогнездные безлитниковые горячеканальные формы. В производстве крупногабаритных изделий вместо форм с одним впускным каналом следует использовать многовпускные горячеканальные формы. Выбор числа гнезд в формах должен предшествовать определению мощности, объема впрыска, усилия запирания и типоразмера литьевой машины с учетом сложившегося ассортимента изделий; потребности в них; сроков поставок изделий; самоокупаемости затрат на изготовление форм; минимальной удельной трудоемкости и себестоимости формы и изделий; максимально возможного высвобождения производственного персонала; многостаночного обслуживания литьевых машин на основе полной автоматизации процесса без применения ручного труда; эффективности использования мощности литьевой машины, в том числе производительности узла пластикации, объема и скорости впрыска, а также усилия запирания при минимальном давлении в полости формы; долговечности горячеканальных форм при снятии 1 млн. изделий с одного гнезда формы.

В результате комплексной интенсификации процесса предприятия, использующие горячеканальные безотходные многогнездные и многовпусковые формы, могут получить такой же экономический эффект, как при увеличении объема производства и повышении производительности оборудования в 20−30 раз. При одновременном впрыске, заполнении, уплотнении, и охлаждении всех гнезд или участков изделия суммарная продолжительность этих стадий цикла становится равной их продолжительности при использовании одногнездной формы, что повышает производительность оборудования прямо пропорционально числу гнезд в форме или числу участков в многовпускной горячеканальной форме. Охлаждение всех гнезд или участков одного изделия одновременно с пластикацией дозы расплава позволяет сократить продолжительность цикла литья за счет исключения из него времени пластикации расплава или его охлаждения. Следовательно, максимальная производительность процесса обеспечивается при максимально возможном числе гнезд или впусков в многовпускной форме. Этого можно достичь при использовании литьевых машин такой мощности и таких типоразмеров, которые позволяют разместить максимальное число гнезд или участков одного изделия в многовпусковой форме и зон охлаждения. В результате снижается потребность в литьевых машинах для выполнения одного и того же объема работ при наивысшей производительности труда, а также сокращаются необходимые производственные площади. Уменьшение количества форм с увеличенной гнездностью снижает удельную трудоемкость изготовления формы в расчете на одно изделие, а также объем работ, выполняемых инструментальным и ремонтным цехами.

Литье с газом.

|Технология литья с газом (Gas | | |Assisted Injection Molding, Gas | | |Injection Molding, Gas Injection | | |Technique) была впервые | | |предложена в 1970 г. и в | | |последние годы получила широкое | | |распространение за рубежом. | | |Первые попытки применения данной | | |технологии делаются и в нашей | | |стране. По сравнению с обычным | | |литьем под давлением технология | | |литья с газом имеет ряд | | |преимуществ, важнейшие из | | |которых: изготовление | | |крупногабаритных изделий при | | |минимальном числе горячеканальных| | |впусков или вообще без горячего | | |канала, уменьшение утяжек, | | |существенное уменьшение | | |требуемого усилия замыкания | | |литьевой машины, а также | | |возможность получения полых | | |изделий. Основными патентами в | | |области литья с газом обладают | | |фирмы Cinpres (Великобритания) и | | |GAIN Technology (США). | | |Процесс литья с газом проводится | | |по следующей схеме. Вначале в | | |пресс-форму подается расплав | | |полимера, как в обычном литье под| | |давлением. После заполнения | | |изделия на 50−60% для полых и | | |90−95% для крупногабаритных | | |деталей впрыск полимера | | |прекращается и в полость формы | | |подается газ под давлением 10−80 | | |МПа. В крупногабаритных изделиях | | |газ подается в так называемые | | |газовые каналы — утолщения, | | |предусмотренные в конструкции | | |изделия. Двигаясь по центральной | | |части газовых каналов (на | | |поверхности газовых каналов | | |остается слой застывшего | | |полимера), газ вытесняет расплав | | |полимера и обеспечивает полное | | |оформление изделия. В качестве | | |газа в данном процессе обычно | | |применяется азот, который имеет | | |низкую цену, инертен и доступен. | | | | | |В обычном литье под давлением | | |уплотнение полимера происходит за| | |счет давления, создаваемого в | | |гидроцилиндре узла впрыска | | |(стадия выдержки под давлением). | | |Это давление передается в дальние| | |области изделия через большой | | |слой остывающего полимера. | | |При литье с газом уплотнение | | |полимера происходит за счет | | |давления газа в газовых каналах, | | |поэтому процесс уплотнения | | |проходит легче (даже при | | |небольшом давлении газа), чем в | | |обычном литье под давлением. | | |Литье с газом позволяет получить | | |изделия с хорошим качеством | | |поверхности, без утяжек и без | | |коробления, с минимальным уровнем| | |остаточных напряжений (т.е. с | | |высокой стабильностью размеров). | | | | | |При литье с газом используется | | |обычная литьевая машина — это | | |важное обстоятельство и | | |способствовало популярности | | |данной технологии — а также | | |специальное оборудование для | | |подачи газа. Процесс литья с | | |газом может проводится в двух | | |вариантах: с управлением | | |давлением газа (pressure-control | | |process) и с управлением объемом | | |подаваемого газа (volume-control | | |process). В первом варианте | | |компрессор высокого давления | | |обеспечивает требуемый профиль | | |давления газа (чаще всего | | |используется 2 ступени). Во | | |втором варианте заданный объем | | |сжатого газа подается в | | |пресс-форму с помощью поршневого | | |дозирующего компрессора | | |импульсного действия. | | |Существуют различные схемы подачи| | |газа. Впуск газа может | | |осуществляться через сопло | | |литьевой машины, в литниковую | | |систему (в центральный или | | |разводящий литник) или | | |непосредственно в полость формы. | | |В первых 2-х случаях применяется | | |холодноканальная литниковая | | |система, а сопло должно быть | | |оснащенно запорным клапаном, для | | |предотвращения попадания газа в | | |материальный цилиндр. Интересным | | |решением является подача газа в | | |изделие со стороны, | | |противоположной впуску, когда газ| | |вытесняет расплав полимера из | | |внутренних областей полости в | | |цилиндр литьевой машины | | |(push-back process). В этом | | |случае также применяется сопло с | | |запорным клапаном. | | |Рассмотрим принципы конструирования газовых каналов. | |Газовые каналы выполняют при литье с газом 3 функции: а) на стадии впрыска | |полимера газовые каналы работают как холодноканальные литники, | |транспортируя расплав полимера к дальним областям изделия; б) после впуска | |газа последний вытесняет расплав полимера из внутренних областей газовых | |каналов (стадия вытеснения), обеспечивая 100% заполнение изделия полимером;| |с) далее под действием давления газа происходит уплотнение полимера в | |изделии (стадия уплотнения). Конструкция газовых каналов должна учитывать | |особенности поведения полимера и газа на этих трех стадиях процесса. | |Форма и размеры поперечного сечения, расположение газовых каналов, места | |впуска полимера и газа выбираются с учетом следующих факторов: | |1) Возможность заполнения 80−95% изделия расплавом до подачи газа. При | |малой толщине газовых каналов расплав не достигает дальних областей | |изделия. | |2) Равномерность (сбалансированность) заполнения изделия расплавом. | |Нарушение данного принципа может привести к недоливу, короблению изделия. | |Газовые каналы должны заканчиваться рядом с теми областями изделия, которые| |заполняются на стадии впрыска полимера в последнюю очередь. | |3) Необходима также балансировка для газа. Неравномерность движения газа | |может быть вызвана неравномерностью охлаждения полимера или другими | |причинами. | |4) Отсутствие опасных воздушных ловушек. На стадии впрыска расплав полимера| |движется по газовым каналам быстрее, чем по более тонким областям изделия. | |При большой толщине газовых каналов происходит образование воздушных | |ловушек и линий спая между двумя газовыми каналами (racetrack effect). Для | |предотвращения этого явления рекомендуется выбирать для начала толщину | |газовых каналов в 2−2.5 раз больше толщины изделия. Это оценочная величина | |и часто такая толщина газовых каналов будет недостаточна. Поведение | |расплава в реальной пресс-форме зависит от вязкости материала, толщины | |изделия и др. факторов. При этом толщина газовых каналов может превышать | |основную толщину изделия в 4 раза. | |5) Впуск полимера может производиться в газовый канал или в основную стенку| |изделия. В первом случае облегчается заполнение крупногабаритных изделий. | |Во втором варианте уменьшается длина затекания, но одновременно снижается | |эффект ускорения течения расплава по газовым каналам. | |6) Объем газовых каналов должен быть достаточен для 100% заполнения изделия| |с учетом уплотнения. При малом объеме газовых каналов возникает недолив. | |Газ может двигаться в канале, только вытесняя из него полимер. Если объем | |газовых каналов слишком большой, газ не может дойти до конца газовых | |каналов. Это приводит к утяжкам (в каналах, заполненных полимером), | |короблению и значительно увеличивает время цикла. Для вытеснения «лишнего «| |полимера из газовых каналов после заполнения изделия могут использоваться | |прибыли (spillover, overflow) с постоянным или регулируемым объемом. | |Применение прибылей увеличивает стоимость процесса (увеличивается объем | |вторичной переработки материала). Во многих случаях случаев нет | |необходимости использовать прибыли. | |7) Так как в изделии с газовыми каналами имеется большой перепад толщин, | |часто может проявляться эффект замедления (hesitation effect), который | |повышает неравномерность заполнения и приводит к недоливу. | |8) Искривление газового канала приводит к неравномерному уменьшению толщины| |слоя полимера и ослабляет изделие (газ движется в искривленном газовом | |канале по кратчайшему пути). Этот эффект можно предотвратить, увеличивая | |охлаждение канала со соответствующей стороны (за счет правильного выбора | |формы поперечного сечения канала, расположения охлаждающих каналов). | |9) Попадание газа в тонкостенные части изделия (этот эффект называется | |fingering значительно снижает механическую прочность изделия и ухудшает его| |внешний вид (для прозрачных изделий). Данный эффект часто наблюдается при | |расположении газовых каналов перпендикулярно направлению растекания | |расплава. Эффект можно устранить при задержке подачи газа, повышении | |эффективности охлаждения изделия, уменьшении основной толщины изделия. | |10) Замкнутые газовые каналы могут создавать несколько проблем. Во-первых, | |они приводят к образованию воздушных ловушек. Во-вторых, в месте встречи | |2-х воздушных пузырей остается слой полимера. Для полного охлаждения этого | |слоя необходимо значительно увеличить время цикла. Часто давления газа | |недостаточно для уплотнения толстого слоя полимера, поэтому здесь возможна | |утяжка. | |11) Механическая прочность и жесткость изделия. Газовые каналы, если у них | |достаточная толщина стенки, повышают механические характеристики изделия. | |Однако не рекомендуется пытаться использовать газовые каналы для улучшения | |механических характеристик изделия. Проще всего это сделать за счет системы| |ребер. | |12) Закрытие литникового канала перед подачей газа для предупреждения | |попадания газа в цилиндр литьевой машины. Для этого используется | |запирающееся сопло литьевой машины, запирающееся горячеканальное сопло или | |другие решения. Если впрыск полимера осуществляется не в газовый канал, газ| |может быть отсечен от литникового канала застывающим полимером. | |13) Хотя при литье с газом могут использоваться несколько впусков газа в | |изделие, количество впусков газа должно быть минимальным. Каждый впуск — | |это дырка в изделии. Кроме того в разных впусках сопротивление газу может | |различаться. Газ может проигнорировать впуск с большим сопротивлением. | |14) След на изделии на линии остановки полимера (hesitation line). При | |задержке подачи газа на изделии может оставаться след в месте остановки | |фронта расплава, но этот дефект более характерен для полых изделий. След на| |изделии иногда можно устранить изменением технологического режима, однако | |для гарантированного отсутствия следа применяют 100% заполнение изделия | |полимером перед подачей газа, а избыток материалы вытесняют в прибыли. | |15) При разводке газовых каналов необходимо учитывать, что уплотнение | |полимера и компенсация объемной усадки может происходить в данной | |технологии только за счет давления газа. При увеличении расстояния от | |области изделия до газового канала эффективность уплотнения этой области | |уменьшается. Чем меньше текучесть материала, тем ближе должны быть газовые | |каналы к уплотняемой области изделия. | |При доработках пресс-формы необходимо учитывать, что добавление или любое | |изменение газового канала может кардинально изменить характер заполнения | |изделия. | |Реальное поведение полимера и газа в полости формы определяется многими | |факторами и очень сильно зависит от особенностей используемой марки | |полимера. Современная технология компьютерного анализа позволяет | |спрогнозировать это поведение и оптимизировать конструкцию изделия и | |пресс-формы на этапе подготовки производства. |.

Литье тонкостенных изделий.

| | |Одним из наиболее эффективных методов снижения себестоимости изделия | |является уменьшение толщины стенки изделия, позволяющее уменьшить расход | |материала и цикл литья. Однако толщина стенки менее 1 мм и время цикла литья| |5−10 сек накладывают особые требования к материалу, оборудованию и | |пресс-форме. Поэтому говорят о технологии тонкостенного литья (thinwall | |molding). | |Можно выделить 3 типа изделий, для литья которых применяется технология | |тонкостенного литья. К первому типу относятся изделия из термически | |стабильных материалов, таких как полиэтилен, полипропилен, полистирол и др.,| |толщиной менее 1 мм. Указанные материалы используются для изготовления | |упаковки, одноразовой посуды. Низкий уровень механических свойств данных | |материалов обычно не позволяет снизить толщину менее 0.5−0.6 мм. | |Ко второму типу можно отнести технически сложные изделия толщиной менее 1 | |мм, отливаемые из конструкционных термопластов (АБС-пластик, полиамиды, | |поликарбонат, полибутилентерефталат, полиацетали и др.) и | |суперконструкционных материалов (полифениленсульфид, полиэфирсульфон, | |полиэфирэфиркетон, жидкокристаллические полимеры, полиэфиримид и др.). | |Данные материалы отличаются высоким уровнем механических свойств и невысокой| |термической стабильностью при переработке. Из этих материалов могут | |отливаться сверхтонкие изделия, например: электрический разъем из | |стеклонаполненного жидкокристаллического полимера длиной 250 мм с толщиной | |стенки 0.4 мм /5/, миниатюрные разъемы из жидкокристаллического полимера | |толщиной 0.2−0.3 мм /6/, корпуса электрических катушек из PA 66 и ПБТ | |толщиной 0.15 — 0.27 мм /7/. Существуют примеры литья и более тонких | |изделий, например толщиной 0.08 мм. | |Тонкостенные изделия третьего типа — изделия толщиной более 1 мм с | |отношением длина потока/толщина более 100. Литье таких изделий имеет свои | |особенности и в данной работе не рассматривается. | |Требования к литьевой машине, пресс-форме и материалу для тонкостенного | |литья | |Требования к литьевой машине, пресс-форме и материалу изделия при | |тонкостенном литье обобщены в таблице: | |Литьевая |Высокое давление | |машина |Высокая скорость впрыска | | |Высокое усилие замыкания | | |Быстроходность | | |Высокий уровень системы управления | | |Высокий уровень гидравлической системы | |Пресс-форма|Горячеканальная система | | |Интенсивное и равномерное охлаждение | | |Повышенные требования к центрированию | | |Повышенная точность изготовления литниковой системы | | |Увеличенное усилие выталкивания | | |Увеличенные литьевые уклоны | | |Хорошая вентиляция | | |Надежность работы всех систем пресс-формы | | |Повышенная прочность и износостойкость материалов пресс-формы | |Материал |Высокая текучесть | |изделия |Стабильность | | |Способность к «быстрому литью «| | |Высокие механические свойства |.

|Уменьшение толщины стенки изделия приводит к быстрому росту потерь | |давления расплава на стадии впрыска. Если эти потери давления превышают | |допустимое давление для используемой литьевой машины, может появиться | |недолив. | |При тонкостенном литье большую роль играет застывший пристенный слой, | |толщина которого сопоставима с толщиной полости. Величина застывшего слоя| |очень сильно зависит от скорости впрыска, поэтому при тонкостенном литье | |правильный выбор скорости впрыска имеет особое значение. | |Одним из наиболее критических мест горячеканальной литниковой системы | |является впускной литник. Слишком тонкий впускной литник является | |причиной недолива, дефектов изделия вблизи впуска. При большой толщине | |впускного литника ухудшается внешний вид изделия. Оптимальная толщина | |впускного литника зависит от текучести материала, толщины изделия и длины| |потоков расплава. Оптимальная толщина впускного литника может быть | |определена в компьютерном анализе. | |Оптимизация системы охлаждения пресс-формы | |Особое значение при тонкостенном литье имеет конструкция системы | |охлаждения пресс-формы. Оптимизация системы охлаждения проводится в | |компьютерном анализе. Расчеты, представленные в данной работе выполнены в| |программном продукте MPI/COOL фирмы Moldflow. | |Для обеспечения стабильности процесса охлаждение пресс-формы для литья | |тонкостенных изделий должно осуществляться с помощью специального | |термостата. | |При малых временах цикла в пресс-форму от расплава поступает очень | |большое количество тепла. Поэтому при тонкостенном литье отвод тепла от | |изделия должен быть более интенсивным. | |Еще одним требованием является равномерность охлаждения изделия. | |Неравномерное охлаждение приводит к резкому изменению характера течения | |расплава и является причиной многих дефектов (коробление, воздушные | |ловушки, нестабильность размеров при хранении и эксплуатации изделия и | |т.д.). Часто условия охлаждения матрицы и пуансона очень сильно | |различаются. В этом случае требуется два независимых контура охлаждения | |(используется термостат с двумя баками или два термостата). | |Особые проблемы при тонкостенном литье могут вызвать так называемые | | «горячие пятна «- участки формообразующей поверхности с повышенной | |температурой. «Горячие пятна «возникают из-за затрудненного отвода тепла | |от некоторых областей изделия. Причиной этого может быть большое | |расстояние до канала охлаждения (превышающее 3 диаметра канала), а также | |конструктивные особенности изделия (наличие ребер и пр.). |.

1. Энциклопедия полимеров, т, 1−2, М., 1972;74. 2. Технология пластических масс, под ред. В. В. Коршака, М., 1972. 3. Лосев И. П., Тростянская Е. Б., Химия синтетических полимеров, 3 изд.,.

М., 1971. 4. Видгоф Н. Б. Точечное литье термопластов. ЛДНТП, 1961.

Видгоф Н. Б. Основы конструирования литьевых форм для термопластов. М.,.

Машиностроение, 1979. 5. В. В. Абрамов, Н. М. Чалая. Оценка состояния рынка оборудования для переработки пластмасс в России. Пластические массы, 2001, № 5. 6. В. В. Абрамов. Состояние и перспективы развития промышленности переработки пластмасс в России. Пластические массы, 1999, № 5. 7. Новости производства пластмасс / internet.

Показать весь текст

Заполнить форму текущей работой