Реактопластавтоматы. 
Оборудование и инструменты для изготовления изделий из полимерных композитов. 
Часть 2

Литье под давлением реактопластов обладает следующими преимуществами перед альтернативным процессом прямого прессования:

• — отсутствие предварительных операций (таблетирования, нагрева таблеток, шнековой пластикации, дозирования пресс-порошка или таблеток и т. д.);
• — значительное сокращение трудоемкости механической доработки изделий или вообще исключение такой доработки;
• — возможность работы оборудования в полностью автоматическом цикле;
• — сокращение цикла производства изделий;
• — широкие технологические возможности при производстве изделий сложной формы с различной толщиной стенок и изделий с арматурой;
• — экономия сырья;

• — повышенное качество изделий;
• — сокращение производственных площадей.

К недостаткам процесса литья под давлением реактопластов нужно отнести в первую очередь то, что исходный материал для литья под давлением реактопластов должен иметь равномерный гранулометрический состав. Для переработки литьевых реактопластов желательно использовать сырье в виде гранул с одинаковыми формой и размерами (2—3 мм), которое удобно при транспортировке и дозировании, не образует сводов и зависаний в загрузочных бункерах реактопластавтоматов, способствует повышению производительности оборудования и улучшению условий труда.

В то же время процесс гранулирования реактопластов связан с определенными технологическими трудностями, которые до настоящего времени могут преодолеть далеко не все производители сырья.

Хотя спектр литьевых реактопластов достаточно широк, наибольшее распространение в настоящее время получила переработка фенопластов и аминопластов. Стабильность процесса литья под давлением реактопластов в наибольшей степени обеспечивается при достаточной продолжительности (не менее 300 с) пребывания полимера в вязкотекучем состоянии и содержании в нем влаги и летучих веществ в пределах 2—4%. Наибольшая производительность процесса достигается в случае, когда время отверждения связующего не превышает 60 с.

Помимо внешнего источника тепла (системы обогрева материального цилиндра) при пластикации материала, как известно, возникает и внутренний источник тепла в виде самого расплава полуфабриката, в котором в результате работы сил вязкого трения при вращении шнека механическая энергия необратимо переходит в тепловую. С увеличением давления пластикации увеличиваются напряжения сдвига в материале и соответственно количество выделяемого тепла. Поэтому давление пластикации при наборе дозы должно быть невысоким (в среднем 5—7 МПа). Это предотвращает перегрев материала и его преждевременное отверждение в материальном цилиндре. Температурные режимы переработки реактопластов под давлением в среднем составляют: для пластикационного цилиндра по зонам — от 70 до 90 °C, для сопла — от 110 до 130 °C, для пресс-форм — от 150 до 180 °C.

Для литья реактопластов под давлением применяются в основном реактопластавтоматы с самоочищающимися шнеками специальной конструкции, имеющими каналы для охлаждения проточной водой. Так же, как и при переработке термопластов, при вращении такого шнека пластицированный расплав полимера нагнетается в переднюю часть материального цилиндра. Под давлением поступающего расплава шнек отходит в заднее положение, определяющее дозу впрыскиваемого материала. Далее шнек начинает поступательное движение, перемещается в переднее положение и впрыскивает расплав в предварительно замкнутую и нагретую (в отличие от машин для переработки термопластов) литьевую форму.

Для переработки реактопластов литьем под давлением применяются бескомпрессионные шнеки (степень сжатия к = 1), которые имеют постоянный шаг и глубину нарезки с целью исключения нежелательного перегрева материала. Наконечники шнеков имеют ножевые лопасти для очистки материального цилиндра от остатков расплава материала (см. рис. 3.9). Однако существует опасность, что между ножевыми лопастями при работе наберется некоторый объем материала, который при впрыске не удалится. Поэтому используются также шнеки со спиральными наконечниками. При их работе материал, находящийся на внутренней стенке сопла, отбрасывается назад к нарезанной части шнека (рис. 3.32).

Рис. 3.32. Схема спирального наконечника шнека.

Используются сопла только открытого типа с диаметром выходного отверстия не менее 3 мм. Внутренняя поверхность сопла шлифуется и полируется, так как наличие хоть сколько-нибудь значительной шероховатости этой поверхности может привести к прилипанию и отверждению на ней реактопласта.

Материальные цилиндры реактопластавтоматов обогреваются либо с помощью жидкостного обогрева (водой или маслом), либо электрическими нагревателями сопротивления. Загрузочная зона материального цилиндра охлаждается водой при температуре 20—25 °С.

Жидкостной обогрев является более мягким, чем электрический, и уменьшает опасность локального и общего перегрева термореактивного материала, так как при электрическом обогреве может возникнуть повышение температуры на отдельных участках. Еще одним достоинством жидкостного обогрева является возможность быстрого понижения температуры материального цилиндра до 20—25 °С в случае угрозы отверждения в нем перерабатываемого реактопласта. При электрообогреве осуществить резкое понижение температуры не всегда удается.

Жидкостной обогрев позволяет быстрее выйти на требуемый температурный режим. Кроме того, при литье реактопластов необходим более резкий, чем для термопластов, перепад температуры при продвижении материала от одной зоны обогрева материального цилиндра к другой. При использовании электрообогрева для создания перепада температур между зонами приходится применять охлаждение. Для этого зоны электрообогрева разделяют между собой водяной рубашкой.

При использовании жидкостного обогрева машины оснащаются термостатами для поддержания необходимой температуры теплоносителя.

Во избежание перегрева инжекционного сопла при контакте с нагретой до высокой температуры литьевой формой в теле сопла предусматривается кольцевая проточка, уменьшающая теплопередачу от литьевой формы к материальному цилиндру. С той же целью при работе реактопластавтоматов шнек от горячего сопла отводится сразу же после окончания выдержки под давлением. Кроме того, момент начала стадии пластикации выбирается таким образом, чтобы подготовка очередной порции материала заканчивалась непосредственно перед началом следующего впрыска.

Наибольшая опасность преждевременного отверждения материала всегда существует в передней части материального цилиндра, в котором формируется доза расплава полимера для следующего впрыска. Чтобы облегчить чистку шнека и цилиндра в этой опасной зоне, некоторые производители оборудования делают переднюю часть цилиндра съемной, снабжая ее самостоятельным обогревом.

Реактопластавтоматы оснащаются приводом для вращения шнека, обеспечивающим собственную безопасность (предохранение от поломки) при случайном преждевременном отверждении полимера в материальном цилиндре.

Механизмы смыкания литьевых форм реактопластавтоматов принципиально не отличаются от подобных узлов машин, предназначенных для переработки термопластов. Но так как литьевые формы реактопластавтоматов нагреваются, в плите литьевой формы со стороны выталкивания необходимо устанавливать термоизолирующие пластины. Эти пластины должны обладать достаточно большой прочностью и жесткостью.