Методички / 956

расплаве, особенно полярных, существенно влияет на термическую

устойчивость расплава, поскольку наряду с термоокислительными

процессами при повышенных TeМJIepaтypax протекают процессы

гидролитической деструкции полимеров.

Сопоставляя термостабильность материала с его влажиостью,

разрабатывают рекомендации по допустимому содержанию влаги в материале при его переработке.

к

1,&

1,0

0,t5

1- влагосодержание 1%, 2 - влагосодержание 0,5%,

Рисунок 12 - Влияние влажности на время термостабильности

расплава полимеров.

4. ФОРМУЕМОСТЬ РАСПЛАВА ТЕРМОПЛАСТА

ПРИ ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ.

Формуемость - способность материала к переработке конкрет-

ным методом.

При литье под давлением формуемость полимеров определяется­

комплексом реологических, теплофизических и физико-механичес

21

http://www.mitht.ru/e-library

ких свойств. Кроме того, на формуемость полимеров оказывает

влияние конструкция литьевой машины, размеры и форма изделия,

а также конс1рУКЦИЯ литьевой формы.

Таким образом, формуемость полимеров связана с большим

количеством переменных факторов.

При литье под давлением формуемость полимеров можно опре­

делять скоростью и легкостью, с которой полимер может быть пе­

реработан при конкретных требованиях. Эти требования зависят

как от типа полимера, так и от назначения и констру.кции изделия.

Легкость переработки - возможность регулировать параметры

литья в узком диапазоне, получая качественные изделия.

Скорость формования - высокая производительность процесса

при хорошем качестве изделий.

Оценка формуемости полимеров ведется таким образом, чтобы

максимально приблизиться к условиям переработки материала в

литьевой машине.

Лучшим методом оценки формуемости является оценка формуе­

мости по длине спирали, полученной в литьевой форме. Длина спи­

рали зависит от всех факторов, которые определяют течение рас­

плава

и теплообмен в форме. По длине спирали очень удобно анализиро­

вать поведение полимера при неустановившемся неизотермичес­

ком течении. Длина СIПIрали фактически характеризует реологиче­

ские свойства полимерного материала в широком диапазоне темпе­

ратур и напряжений сдвига. При попадании расплава в холодную

22

http://www.mitht.ru/e-library

форму на стенке канала, по которому течет расплав, образуется тон­

кая застывшая оболочка (рисунок 13). По этой оболочке течет рас­

плав. Оболочка наращивается по длине и толщине по мере продви­

жения расмава вдоль формующей полости.

Рисунок 13 - Схема заполнения формующей полости раСПJlавом.

На границе «расплав - застывшая оболочка» возникают сдвиго-

вые напряжения, увелнчивающиеся с ростом вязкости расплава.

Течение расплава будет продолжаться до тех пор, пока давление,

создаваемое в начале формы (Ро), будет превышать сдвиговые на­

пряжения

Минимальное напряжение сдвига на границе раздела «расплав -

застывшая оболочка», при котором прекращается течение матери-

ала r т ,Па. Это напряжение называют предельным напряжением

сдвига на стенке формы.

При использовании этой методики помимо изучения процесса

течения расплава в условиях литья под давлением можно непосред­

ственно определить интервалы температур и давлений для литья

полимерного материала, оценить влияние модифицирующих доба­

вок на формуемость.

23

http://www.mitht.ru/e-library

Для оценки течения полимерного материала при литье под дав­

лением применяют форму с полукруглым вентилируемым каналом

ради-усом 2,5 мм, расположенным в виде спирали Архимеда. Поли­

мер подается в формующую полость через конический литник (диа­

метры 5 и 7мм, длина 35 мм). В форме предусмотрены каналы для

охлаждения или HarpeBa формы и отверстия под термопары для

контроля температуры формы.

При проведении испытаний используют следующие варианты:

•при постоянных давлении литья, продолжительность цикла

литья и температура формы определяют зависимость длины спира­

ли от температуры расплава;

•при постояниых температуре расплава, продолжительности

цикла литья и температуре формы определяется длина спирали при

различных давлениях литья;

•при постоянных давлении литья, продолжительности цикла

литья и температуре расплава определяется длина спирали при раз­

ных температурах формы.

Температура расплава измеияется для аморфных термопластов

в диапазоне от Ттек + 20° до Тдестр - 20°, а для кристаллических в

диапазоне от Тол + 200 до Тдестр - 20°. для полиолефинов (ПЭНП,

ПЭВП, ПП) нижняя rpаница температуры расплава составляет 180°,

200° и 210°, соответственно, что связано с малым влиянием темпера

туры на вязкость их расплавов из-за низкой энергии активации вяз­

кого течения.

Время цикла литья под давлением определяется продолжитель-

24

http://www.mitht.ru/e-library

ностью охлаждения изделия в форме, временем смыкания и размы· ка·ния формы, длительностью паузы между циклами, в течение ко· торой изделие извлекается из формы:

где Тр ,Тф, и Ти - температуры расплава, формы и в центре изде­

лия (Ти можно принять Тф +200);

б- радиус спирали, м;

а- коэффициент температуропроводности [м%Jпри

т=Тф+Тр ,

2 '

'"Сс.,I/'"(разм - паспортная характеристика литьевой машины [с];

Х"nаузьопределяется временем извлечения изделия из формы [с],

принимается равным 1-2 с для используемой литьевой машины и

формы.

При установке в форме датчика давления в ходе эксперимента

можно определить давление в форме на входе в спиральный канал

в момент впрыска (P1, Па) и потери давления при заполнении фор­

мы (АР, Па), связанные с преодолением трения расплава о стенки

формующего канала и ростом ВЯЗКОСТИ расплава в результате его

охлаждения при течении по каналу.

25

http://www.mitht.ru/e-library

Пружинный датчик давления представляет собой корпус с пор­

шеньком и штоком, уnирающимся в набор тарельчатых пружин.

Под действием давления расплава поршенек и шток перемещаются,

сжимая пружину датчика. Величина перемещення регистрируется

индикатором перемещеНЮI часового типа, а затем по тарировочной

кривой определяется величина Р], соответствующая числу делений

по индикатору перемещения.

После раскрытия формы из нее извлекается спираль и по оттис­

ку спиральной формы измеряется длина спирали, т.е. длина затека­

Зная D.P, можно рассчитать величину предельного напряжения

сдвига на стенке канала ( Тт ,па), исходя из условия равенства сил:

(8)

где: D.P - потери давления в полости формы на спираль, Па;

1- площадь сечения спирального канала, м2;

П - периметр спирального канала, м;

Lсп - длина спирали, м.

для полукруглого спирального канала:

(9)

Проведя серию экспериментов по замерам длины спиральных

образцов, полученных при разных параметрах литья под давлени­

ем, и потерь давления при их формовании, можно получить зависи-

26

http://www.mitht.ru/e-library

мость r т от Тф. Тр или других параметров, а затем использовать

полученные данные для расчета потерь давления при литье любых

изделий из того же материала.

для изделия, имеющего сечение прямоугольной формы:

(1 О)

где В - ширина, h - толщина изделия, Lф- длина формующей по-

лости, м.

для изделия, имеющего круглое сечение,:

Оl)

где r - радиус сечения изделия, м.

Для изделия, имеющего квадратное сечение,:

(12 )

где h - сторона квадрата, м.

для изделия, имеющего полукруглое сечение,:

где R - радиус сечения, м.

Характер влияния параметров литья под давлением на предель­

ное напряжение сдвиГа на стенке формы представлен на рисунках

14 и 15.

27

http://www.mitht.ru/e-library

Рисунок 14 - Влияние Тформы на величину предельного

наряжения

Как следует из рисунко 14 и 15 с увеличением температуры

формы (или температуры расплава) набmoдается снижение величи­

ны предельного напряжения на стенке формы при ее заполнении

расплавом.

~.Тфl --: Тф2.

ТраСПJIaВа

Рисунок 15 - Влияние Трасплава на величину предельного

напряжения

s. УДЕЛЬНЫЙ ОБЪЕМ ТЕРМОПЛАСТОВ.

)J.ля определения удельного объема полимеров при различных

температурах используется метод дилатометрии.

28

http://www.mitht.ru/e-library

Сущность метода дилатометрии состоит в определении измене­

ния плотности (р) и удельного объема (Ууд) под влиянием измене­

ния температуры и давления.

llлотность - масса единицы объема полимера, а удельный объ­

ем - объем единицы массы полимера.

Расширение полимера при нагревании (сжатие при охлаждении)

происходит вследствие изменения расстояния между макромолеку­

лами в результате повышения интенсивности их теплового колеба­

тельного движеиия и уменьшения межмолекулярного взаимодейст­

вия, а также в результате структурных изменений, кристаллизации

и других процессов.

Аналогичный характер изменения плотности и удельного объ­

ема с изменением температуры набmoдается и у низкомолекуляр­

ных веществ. Однако в области температуры плавления (Тnл) для низкомолекулярных веществ набmoдается резкий переход, а для полимеров, как в области стеклования, так и плавления, переход

имеет постепенньrй характер, что связано с наличием различной

морфологии кристаллитов и ММР для полимерного образца.

На рисунке 16 представлены зависимости изменения удельного

объема от температуры низкомолекулярных (а) и полимерных ве­

ществ (б): аморфного (1) и кристаллического (2).

На зависимости Ууд = f (Т) ДЛЯ аморфного полимерного образца

можно выделить три участка АО, ОБ и БС, соответствующие

стеклообразному, высокоэластическому и вязкотекучему состояни­

ям. Переход из одного состояния в другое происходит постепенно в

29

http://www.mitht.ru/e-library

некоторой области температур. За температуру перехода (Тст, Ттек)

принимают среднюю температуру этой области.

.-_.-----

1 - аморфный; 2 - кристаллический.

Рисунок 16 - Зависимость удельного объема от температуры

для низкомолекулярны.х (а) и полимерных (б) образцов.

Для кристаллических полимеров переход в расправленное со­

стоя-ние сопровождается резким увеличением Vуд., величина изме­ нения Vуд. связана со степенью кристалличности полимера и его мо­ лекулярной структурой. В расплаве изменение Vуд. происходит ли­

нейно.

Изменение скорости нагревания (охлаждения) приводит к сме­

щению положения Тст. и Тпл. по оси температур, что связано с ре­

лаксационным характером процессов плавления и кристаллизации.

Введение наполиителей, пластификаторов, других компонентов,

как правило, сказывается не только на скорости изменения Vуд.

при изменении температуры, но и на положении Тпл, Тст. Величи-

30

http://www.mitht.ru/e-library