7.4 Охлаждение изделия

Фактически охлаждение расплава начинается сразу после впрыска расплава, однако как отдельная технологическая опера­ция охлаждение задается с помощью реле времени по окончании выдержки под давлением. Таким образом, выдержка при охлаждении необходима для окончательного затвердевания расплава полимера и достижения определенной конструкционной жесткости изделий, исключающей их деформацию при извлечении из формы.

Температура полимера перед размыканием формы должна быть такой, чтобы при извлечении изделия не произошло его коробления или разрушения. В процессе охлаждения температура расплава уменьшается, а так как объем остается неизменным, то давление в форме снижается (отрезок ей на рисунке 27). Поскольку охлаждение происходит со всех сторон, то на поверхности формующей полости образуется твердый слой полимера, который в дальнейшем препятствует изменению объем. В отличие от производства экструзионных или выдувных изделий в данном случае дальнейший рост плотности при охлаждении происходит за счет уменьшения давления сжатого расплава, т. е. снижения давления в формующей полости. Литьевые изделия могут иметь весьма разнообразную конфи­гурацию и размеры, поэтому на процесс охлаждения оказывает влияние разнотолщинность стенок, которая служит основной при­чиной появления остаточных внутренних напряжений. При за­полнении формы расплавом там, где находится тонкая стенка, возникают большие скорости сдвига, а соответственно и высокие напряжения сдвига. На участках, где толщина стенок большая, расплав течет медленнее, поэтому и степень ориентации в этих формующих зазорах незначительна. При последующем охлажде­нии расплава происходит частичная дезориентация макромолекул, однако за счет более быстрого охлаждения тонких стенок релакса­ция на этих участках практически не протекает и различие в ори­ентации усиливается. Таким образом, если изделие имеет различ­ную толщину стенок, то после охлаждения степень ориентации будет различной и это вызовет появление остаточных напряжений. При извлечении таких изделий из формы может произойти их коробление пли с течением времени образуются микротрещины. Коробление возможно и у изделий, не имеющих разнотолщинности стенок, в случае их неравномерного охлаждения. Поэтому конструкция охлаждающих каналов формы должна обеспечивать равномерное температурное поле. На коробление могут повлиять не только остаточные напряжения, но и последующая усадка неравномерно охлажденных участков. Так, при литье в форму, которая имеет различную температуру плит, в изделии после извлечения происходят неравномерные усадочные процессы и оно изгибается в сторону поверхности, которая была более нагретой, рисунок 28, а.

а - коробление изделий вследствие; б - неправильное расположение литника; с - зависимость скорости кристаллизации от температуры полимера

Рисунок 28

Зависит коробление и от расположения литника в форме, (рисунок 28,б). При литье коробчатых изделий литник, как пра­вило, подводится к днищу. При подведении литника к боковым стенкам может произойти их коробление вследствие неодинаковой степени ориентации макромолекул. Таким образом, для получения качественных изделий необходимо создавать одинаковые условия течения расплава и равномерную скорость охлаждения. Коробле­ние, обусловленное наличием остаточных напряжений, можно частично уменьшить за счет повышения температуры формы или расплава полимера. На качество литьевых изделий из кристаллизующихся поли­меров, кроме рассмотренных факторов, влияют также условия кристаллизации. Известно, что скорость кристаллизации зависит от температуры полимера. При температурах плавления и стекло­вания константа скорости кристаллизации равна нулю, а при некотором значении температуры Т_ш, находящемся в интервале Т_пл٪Т_с, она максимальна (рисунок 28,с). На рисунке 28,с заштрихован­ная область соответствует интервалу температур Т₁٪Т₂, при которых константа скорости кристаллизации равна половине своего максимального значения К = К_макс. Чем больше площадь, ограниченная температурами Т₁ и Т₂, тем выше способность поли­мера к кристаллизации, оцениваемая величиной D

, (20)

При охлаждении полимера размеры кристаллов определяются величиной D и скоростью охлаждения, которая зависит от темпе­ратуры формы.