2. Расчет оптимального удельного объема и плотности изделий

Масса изделия, его плотность могут быть повышены увеличением давления формования, а также за счет снижения температуры впрыски­ваемого материала. При повышении температуры переработки расплав будет расширяться и, следовательно, при впрыске в форму займет больше места, а значит, изделие будет получаться менее плотным.

Зависимость между давлением, температурой и удельным объемом (величиной, обратной плотности) на стадии формования и уплотнения расплава полимера может быть выражена видоизмененным уравнением Ван-дер-Ваальса:

(Р + π) (1/ρ – ω) = 10^-3 R'Т . (23)

(Р + π) (v – ω) = 10^-3 R'Т. (24)

R' = R/М. (25)

Здесь Р – давление, МПа; v – удельный объем, м³ / кг; Т – средняя температура, К; ρ – плотность при температуре переработки, кг / м³ ; π – коэффициент, характеризующий силу межмолекулярного взаимодействия, МПа; ω – коэффициент, характеризующий величину пространства, занимаемого молекулами, м³ /кг; R' – коэффициент, характеризующий молекулярную структуру полимера, кДж/(кг·К); R = 8,31 кДж/(кмоль·К) – универсальная газовая постоянная; М – мольная масса структурной единицы полимера, кг/кмоль.

Константы уравнения состояния приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Константы уравнения состояния

Материал	М, кг/кмоль	π , МПа	ω, м3/кг	R΄, кДж/(кг ∙К)
ПЭВД	28,1	324	0,875∙10-3	0,297
ПЭНД	28,1	677	1,11∙10-3	0,297
Полипропилен	41	160	0,620∙10-3	0,197
Полистирол	104	18	0,822∙10-3	0,0798
Поликарбонат	254	67	0,61∙10-3	0,0327
Полиметил-метакрилат	100	213	0,734∙10-3	0,083

Из уравнения Ван-дер-Ваальса следует, что для сохранения постоянной плотности расплава, с повышением его температуры, следует повышать пропорционально давление. При изменении параметров процесса литья под давлением масса отливаемого изделия может колебаться, и по отклонению от оптимальной массы можно судить о качестве отливаемого изделия. По этому уравнению можно также определить усадку (уменьшение объема) материала в процессе охлаждения, задавшись значениями температуры и давления.

Уравнение состояния позволяет рассчитать оптимальный удельный объем и плотность изделия, полученного при оптимальной температуре и давлении, что дает возможность контролировать качество изделия по его массе. Позволяет также определить возможную объемную усадку:

v = [10^-3 R' T/ (P + π)] + ω . (26)

Массу изделия G_и (массу расплава G_р) определяют по формуле:

G_и = G_р = v_ф/ v, (27)

где v_ф – объём формы, м³; v – удельный объём, м³/кг.