Прессование

Процесс прессования был разработан для серийного про­изводства одинаковых изделий. В простейшем случае, материал помещают в форму и в ней отверждают. Процесс от­верждения может сопровождаться охлаждением, выде­лением газов или химическими реакциями и часто про­водится под давлением.

Прессование начали использовать давно, и в настоя­щее время оно находит широкое применение в техноло­гии металлов и керамики, а также в переработке поли­меров.

Прямое (компрессионное) прессование

Несмотря на то, что прессование — старейший метод пе­реработки полимеров, он все еще остается одним из ос­новных. Технология процесса

практически состоит в том, что материалу под давлением в 200 МПа придают задан­ную форму. Прессованием перерабатывают как термо­реактивные, так и термопластичные полимерные мате­риалы. В простейшем виде такой метод называют «хо­лодным формованием»; он дешев, но применение его для переработки термореактивных полимеров ограничено. Порошкообразную или пастообразную (в порошок до­бавлен соответствующий растворитель) композицию по­мещают в форму, затем эту порцию спрессовывают в хо­лодном состоянии под высоким давлением в гидравличе­ском прессе. При этом материал размягчается, течет внутри полости и принимает заданную форму.

Изделие на этой стадии должно иметь достаточную механическую прочность (формоустойчивость), чтобы можно было брать его руками. После извлечения из формы изделие помещают в тепловую камеру, где происходит его «высушивание» (окончательное отвер­ждение, или сшивание полимера).

Более широко распространено горячее прессование. В этом случае кроме давления используют нагрев: ком­позиционный материал помещают в нагретую форму и прикладывают давление. Полимер расплавляется, течет и, наконец, под действием тепла и давления переходит в отвержденное (сшитое) состояние. Далее изделие извле­кают и охлаждают. Продолжительность нагрева, вы­держки под давлением и отверждения зависит от при­роды материала и от размеров и формы изделия.

Типичные температурные режимы прессования изде­лий из фенолоформальдегидных смол лежат в интервале 150—200 °С. Давление задают в пределах 14—23 МПа, а время отверждения — от нескольких секунд до не­скольких минут.

Несмотря на то, что горячее прессование — удобный способ, которым можно получать изделия хорошего ка­чества с высокой точностью размеров, он все же доста­точно громоздок и малопроизводителен. Для повышения производительности процесса был разработан ряд усо­вершенствований. Основные из них следующие: а) ис­пользование многогнездных форм; б) предварительный нагрев пресс-материалов; в) предварительное таблети-рование пресс-материалов или даже формование проме­жуточного изделия (таблетирование заключается в том, что дозированное количество порошка спрессовывают в таблетку определенных размеров под давлением около 140 МПа; г) использование шнековых устройств для под­готовки материала к загрузке.

Предварительное формование — дальнейшее развитие технологии таблетирования, так как при нем получают крупные «таблетки», которые по размерам и форме близ­ки к конечному изделию. Хотя при этом в цикл вводится дополнительная операция, общее время рабочего цикла уменьшается вследствие сокращения продолжительности загрузки формы.

Использование червячной машины, подающей компо­зицию в виде предварительно нагретых таблеток в пресс-формы, в четыре раза повышает съем с каждого гнезда формы и дает возможность прессовать толстостенные из­делия. Благодаря использованию повышенных темпера­тур увеличивается пластичность материала. Несмотря на простоту технологии прессования, компрессионные фор­мы— это сложная оснастка с приспособлениями для точ­ного совмещения составных частей (полуформ) пресс-формы, для выталкивания изделий и отвода летучих (па­ров или газов), образующихся в процессе прессования. В зависимости от режима проведения технологиче­ских операций компрессионные формы подразделяют на три типа: а) ручные формы; б) полуавтоматические фор­мы; в) автоматические формы. Существуют и другие раз­новидности форм, которые различают в основном по виду образующихся при прессовании излишков пресс-мате­риала, называемых «гратом». Формы конструируют, как правило, так, чтобы при прессовании получался верти­кальный или горизонтальный грат; по этому признаку формы подразделяют на: а) формы с пресс-кантом, или открытые пресс-формы; б) позитивные, или поршневые пресс-формы; в) полупозитивные, или полупоршневые пресс-формы. Особенности конструкций трех указанных типов пресс-форм показаны на рис. 26.

Рисунок 26 Три типа пресс-форм:

а — пресс-форма с пресс-кантом (открытая); б-позитивная (полупоршневая);

в - полупозитивная (полу поршневая)

Прямое (компрессионное) прессование применяют главным образом для термореактивных материалов и различных типов резин, хотя в принципе оно применимо и для переработки термопластов. Но в последнем случае необходимость охлаждения формы перед извлечением из нее изделия удлиняет цикл, усложняет процесс и часто делает его нерентабельным.

Трансферное (литьевое) прессование

Дальнейшим логическим развитием прессования с пред­варительным нагревом и таблетированием полимерных материалов является метод так называемого трансферного (или литьевого) прессования, при котором порция полимера расплавляется в камере перед формой, а затем расплав подается в

форму, где осуществляют собствен­но прессование под давлением и отверждение. Процесс схематически показан на рис. 27. Впрыск полимера че­рез узкое сопло способствует повышению однородности температурного поля в массе материала, а также улуч­шению его гомогенизации. Это, в свою очередь, приводит к более равномерному отверждению (особенно в случае крупногабаритных изделий) и, следовательно, к умень­шению опасности коробления изделий из-за возникнове­ния внутренних напряжений. На стадии предваритель­ного нагрева особенно необходим тщательный контроль за температурой во избежание образования пробок из отвержденного полимера.

Рисунок 27 Трансферное прессование:

а — материал помещен в литьевую по­лость, или камеру; б — материал про­давлен через сопло в закрытую форму.

Однако отверждение до неко­торой степени допустимо в тех случаях, когда за счет этого сокращается время цикла.

Другим преимуществом трансферного прессования является низкий износ деталей форм вследствие того, что давление в данном случае не воздействует непосред­ственно на полимер, находящийся в форме, как это имеет место при прямом прессовании.

Кроме того, обсуждае­мый метод позволяет изготавливать изделия более слож­ной конфигурации и использовать арматуру, так как по­следняя не подвергается большим сдвиговым усилиям, как это имеет место при прямом прессовании, и не сме­щается. Качество поверхности изделий при трансферном прессовании также выше.

Для увеличения производительности этого процесса и улучшения качества изделий так же, как и при прямом прессовании, вводят ряд усовершенствований. К ним от­носится применение вспомогательного плунжера или поршня для передачи давления на материал в камере.

Такой процесс, называемый иногда плунжерным прес­сованием, обеспечивает несколько большую скорость, чем обычное литьевое прессование, так как весь поли­мер уходит из загрузочной камеры, а не остается в лит­никовых каналах (т. е. полимер весь используется на из­готовление изделия).

Рисунок 28 Принципиальная схема

поршневой (а) и шнековой (б) машин для литья под давлением

Сочетание червячного экструдера с трансферным плунжером или поршнем представляет собой комбинацию узлов оборудования, на базе которой, в частности, легко создать полностью автоматический процесс (рис. IV. 9).