4.2.5 Литьевые машины

Литье под давлением- метод формования изделий из полимерных материалов, заключающийся в нагревании материала до вязкотекучего состояния и передавливание его в закрытую литьевую форму, где материал приобретает конфигурацию внутренней полости формы и затвердевает. Этим методом получают изделия массой от нескольких граммов до нескольких килограммов с толщиной стенок 1-20 мм ( чаще 3-6 мм). Для осуществления литья под давлением применяются плунжерные и шнековые литьевые машины, из которых устанавливают литьевые формы различной конструкции.

Классификация:

По инженерному узлу:

- шнековые

-поршневые

-комбинированные

- с предварительной пластикацией и без нее

- горизонтальные, вертикальные, угловые и комбинированные

По типу привода:

- механические

- гидравлические

- пневматические

- электрические

- комбинированные

- одно- и многоцилиндровые; роторные

- специальные

Литьевые машины со шнековой пластикацией одноцилиндровой конструкции сейчас наиболее распространены. Машины со шнековой пластикацией позволяют отливать изделия из материалов, переработкой которых на поршневых машинах затруднена (полиамиды, непластифицированный поливинилхлорид, реактопласты и др.)

Специфические особенности деформационных процессов, протекающих при литье под давлением разнообразных термопластов и композиционных процессов, протекающих при литье под давлением разнообразных термопластов и композиций на их основе при больших скоростях течения и охлаждения расплава, могут приводить к созданию крайне неравновесных структур в изделиях, в том числе в результате значительной ориентации цепей макромолекул. В свою очередь, высокий уровень остаточных напряжений, связанных с этой ориентацией, может приводить к повышению нежелательных усадок, короблению, растрескиванию ( “ серебрению” ) и других дефектам литьевых изделий.

Более детальный анализ позволяет выделить 3 основные стадии формирования ориентированных структур в литьевых изделий из полимерных материалов.

На первой стадии формирования ( впрыск в закрытую форму ) течение расплава полимерного материала в сопле материального цилиндра узла впрыска литьевой машины и литниковых каналах формы происходит с огромными скоростями сдвига-от 102 до 105

На второй стадии ( заполнение формы ) этот расплав с неравновесной структурой продолжает деформироваться в каналах холодной формы, и происходит дополнительная ориентация молекулярных цепей.

Наконец, на третей стадии ( подпитка и остывание расплава полимерных материалов ) происходят фиксация ориентированной структуры полимерных материалов у стенок холодной формы и изменение ориентации в расплаве в центре изделия.

Вследствие высокой скорости и неоднородности охлаждения расплава полимерного материала в форме степень ориентации распределяется по толщине литьевого изделия неравномерного.

У стенки формы ( точка 1, рис 3 ) поток расплава быстро охлаждается, поэтому во внешних слоях изделия ориентация молекулярных цепей, возникшая при течении расплава, фиксируется практически полностью. Таким образом, поверхностные слои течения расплава. Величина этой ориентация, зависит от скорости течения, вязкости расплава, температур расплава и форм.

Некоторое повышение степени ориентации в точке 2 связано с тем, что близкие поверхности формы слои расплава, не потерявшие в первый момент подвижность, некоторое время продолжают течь при низких температурах. Это обеспечивает дополнительную ориентацию указанным слоям.

Скорость охлаждения по мере удаления от поверхности оформляющей полости уменьшается и степень ориентации уменьшается ( точка 3 ). Повышение степени ориентации ( при больших толщинах изделия ) между точками 3 и 4 связывают с тем, что на третьей стадии формированя, при подпитке отливки, слои расплава, еще сохранившие к этому моменту подвижность, в тонком слое на границе с уже застывшим материалом продолжают точь с небольшимискоростями, но при низких температурах. Ближе к центру расплав к моменту окончания подпитки имеет более высокие температуры и его ориентация ниже ( точка 5 ).

Распределение ориентации в плоскости изделия ( в продольном и поперечном направлениях по отношению к направлению течения расплава в форме ) тоже неравномерно: ориентация в продольном направлении выше, чем в поперечном. При увеличении размеров сечения литникового канала эта составляющая ориентации снижается.

Таким образом, в зависимости от режима литья, размерных параметров изделия, конструкции формы и других факторов ориентация материала в литьевых изделиях может изменяться.

Технологические параметры литья по д давлением существенно влияют на протекание ориентационных процессов в аморфных полимерах. Уменьшают скорости течения расплава при увеличении времени заполнения формы ведется к заметному снижению ориентации макромолекул в тонком поверхностном слое изделия.

При литье под давлением кристаллизующихся ( аморфно-кристаллических ) полимеров сохраняются все рассмотренные выше закономерности протекания ориентационных процессов, характерные для аморфных полимеров.

Можно выделить несколько слоев в литьевом изделии из кристаллизующегося полимера с характерной надмолекулярной структурой:

- поверхностный слой ( “оболочка” ), граничащий с поверхностью холодной формы, который быстро охлаждается и теряет подвижность.

- центральная область, в которой вследствие медленного охлаждения успевают сформироваться крупные изотропные сферолиты, размер которых увеличивается по мере удаления от поверхности изделия.

Таким образом литьевые изделия из кристаллизующихся полимеров обладают не только молекулярной ориентацией, но и ориентацией надмолекулярных кристаллических образований. Поэтому ориентация явления в литьевых изделиях из кристаллизующихся полимеров выражены в большей степени, чем ранее рассмотренных изделиях из аморфных полимеров.