книги из ГПНТБ / Лапшин В.В. Основы переработки термопластов литьем под давлением

ниже приведены соответствующие данные для блочного полисти­ рола 73:

Образец № 3 после извлечения из формы немедленно охла­ ждали, погружая в воду с температурой примерно 4°С. В этом

(рис. IV. 30) 74.

Предел прочности при растяжении и твердость полиамидов увеличиваются при повышении температуры формы, а относитель­ ное удлинение при разрыве снижается 14 одновременно повышается модуль упругости (табл. IV. 7).

180

Давление и время выдержки под давлением

Давление литья оказывает сравнительно небольшое влияние на механические свойства термопластов. Так, из рис. IV. 31 следует, что более высокая прочность полистирола при растяжении дости­ гается при низких температурах литья и при высоких давлениях

ность его приложения, которая определяется не только временем выдержки под давлением, но и размерами впускного литникового канала, поскольку после затвердевания термопласта в этом канале передача давления прекращается.

Таким образом, время выдержки под давлением и время за­ стывания впускного литникового канала определяют время пере­ дачи давления. Поэтому при малых сечениях впуска время вы­ держки под давлением почти не влияет на предел прочности при растяжении; в то время как при впусках большого размера время выдержки под давлением оказывает влияние на этот показатель77.

Относительное удлинение при разрыве полиформальдегида за­ висит от времени выдержки под давлением, как это видно из

181

перпендикулярно направлению течения полимера, значения проч­ ности на удар и изгиб почти постоянны и не зависят от места опре­ деления показателя. Имеется некоторое исключение для области образца, расположенной непосредственно у литника; например, для образцов толщиной 4 мм ударная вязкость образца, вырезан­ ного параллельно течению, несколько выше в области литника, чем в середине образца. Очевидно, это связано с иным характером ориентации в области литника.

Неравномерное распределение ориентационных напряжений, возникающих в образцах полистирола при литье под давлением, приводит к анизотропии механических свойств по сечению образ­ цов. Так как основные ориентационные напряжения в образце рас­ положены в тонком поверхностном слое, то этот слой оказывает большое влияние на механические свойства полистирола. Ниже приведены данные73 о пределе прочности при статическом изгибе образцов размером 100X20X3,5 мм и образцов, у которых с од­ ной плоскости был удален поверхностный слой толщиной 0,5 мм:

Если нагрузка прикладывается к необработанной поверхности образца, то значение предела прочности при статическом изгибе получается наименьшим. Это может быть объяснено тем, что в по­ верхностном слое действуют сжимающие ориентационные напря­ жения, которые добавляются к напряжениям сжатия, возникаю­ щим при изгибе образца. Если же при испытании образца по­ верхностный необработанный слой подвергается растягивающим напряжениям, то напряжения поверхностного слоя противодей­ ствуют напряжениям растяжения, поэтому прочность при статиче­ ском изгибе повышается.

Анизотропия механических свойств полистирола по мере уда­ ления от повёрхностй становится все меньше, как это видно из приведенных ниже данных41 для сополимера стирола с акрило­ нитрилом:

У литьевых изделий из кристаллических термопластов также наблюдается анизотропия механических свойств. Так, по данным автора, у полиэтилена высокой плотности наблюдается уменьше­ ние предела текучести при растяжении в направлении течения по­ лимера с ростом температуры литья (табл. IV. 9). Значения пре­ дела текучести при растяжении в направленіи, перпендикулярном направлению течения, очень мало зависят от температуры литья.

184

Таблица IV . 9. Механические свойства полиэтилена высокой плотности

Относительное удлинение при разрыве полиэтилена высокой плотности в направлении течения полимера быстро возрастает с ростом температуры литья, а тот же показатель, определенный в перпендикулярном направлении, более или менее постоянен и больше связан с индексом расплава полиэтилена, чем с темпера­ турой литья.

На анизотропию механических свойств литьевых изделий боль­ шое влияние оказывает расположение литника, которое определяет различный характер течения и ориентации полимера, а отсюда и разные механические свойства. На рис. IV. 35 представлены два возможных варианта расположения литника при литье образца типа лопатки для определения механических свойств термопла­ стов при растяжении. Из рисунка видно, что в случае расположе­ ния впуска по оси лопатки ориентация происходит в том же на­ правлении, если же впуск расположен перпендикулярно ее оси, то возникает иная картина ориентации в образце.

При испытании таких образцов из полистирола было обнару­ жено значительное различие прочности в направлении ориентации и перпендикулярно ей (рис. IV. 36). Прочность в направлении ори­ ентации уменьшается с повышением температуры литья, проч­ ность в перпендикулярном направлении не меняется; это, оче­ видно, вызвано тем, что прочность в перпендикулярном направле­ нии обусловлена в основном только силами межмолекулярного взаимодействия78. Такой же характер изменения прочности в на­ правлении ориентации и перпендикулярно ей наблюдается и у эмульсионного полистирола.

185

Усополимера полистирола с нитрильным каучуком ПКНД-10

иударопрочного полистирола СНП различие в прочности в на­ правлении ориентации и перпендикулярно ей меньше, чем у блоч­ ного полистирола70. Для сополимера СНАК.-15, сополимера сти­

рола с акрилонитрилом и полиметилметакрилата ПММА-ПТ

1—в направлении мэси лопатки; 2 — перпендикулярно оси лопатки.

характерно большое различие прочности во взаимно перпендику­ лярных направлениях при низких температурах литья. Однако при повышении температуры литья это различие уменьшается и проч­ ность в направлении, перпендикулярном ориентации, повышается (рис. IV. 37). Ниже приведены значения отношения прочности аморфных термопластов перпендикулярно ориентации к прочно­ сти в направлении ориентации:

Таким образом ясно, что литые изделия из аморфных полиме­ ров наименее прочны в направлении, перпендикулярном ориен­ тации.

186

Для всех аморфных полимеров, за исключением СНАК-15, при низких температурах литья отношение прочности перпендикулярно ориентации к прочности в направлении ориентации равно 0,47—

при литье аморфных полимеров является уменьшение степени ориентации в изделиях. Значительное уменьшение степени ориен­ тации, а следовательно, и механической анизотропии может быть достигнуто в образцах аморфных полимеров, отлитых при высоких

187

температурах. Действительно, в результате испытания литьевых изделий путем приложения многоосевой нагрузки, например при падении груза на плоскую поверхность изделия, обнаруживается, что с ростом температуры литья равнопрочность изделия возра­

больших литьевых изделий из сополимеров на основе формальде­ гида изменяется в зависимости от расстояния до литника: чем дальше от литника, тем больше прочность (рис. IV. 40). Это также связано с ориентацией, которая уменьшается с увеличением рас­ стояния до литника.

Механические свойства спаев в литьевых изделиях

В литьевых изделиях нередко встречаются линии спаев, обра­ зующиеся при наличии в изделии отверстий или нескольких впу­ сков, при изменении толщины и т. п. Обычно места спаев в изде­

с противоположных сторон лопатки в направлении ее оси обра­ зуется спай в конечный момент заполнения формы. Во втором слу­ чае »предусмотрены два впуска, расположенные рядом перпендику­ лярно оси лопатки. Такое расположение литников приводит к об­ разованию спая в начале заполнения формы.

J88

Рассмотрим результаты определения прочности спаев различ­ ных термопластов70, полученных на образцах лопатки, показанных на рис. IV. 41. Прочность спая полистирола, образующегося в конце заполнения формы, сильно увеличивается при повышении темпе­ ратуры литья в отличие от прочности спая, образующегося в на­ чале заполнения формы, которая изменяется очень мало

ляется не только наличием спая, но и степенью ориентации поли­ стирола. Картина течения полимера при этом виде спая почти аналогична картине течения в лопатке с одним впуском литника, перпендикулярным ее оси (см. рис. IV. 35). Однако прочность при двух впусках несколько выше, чем при одном впуске.

Установлено, что повышение температуры литьевой формы в пределах 35—75 °С не оказывает существенного влияния на проч­ ность спая блочного полистирола. Повышение давления на поршне приводит лишь к небольшому повышению прочности спая блоч­ ного полистирола. Таким образом, наибольшее влияние на проч­ ность спая полистирола оказывает температура литья: чем она выше, тем выше прочность спая.

Прочность спая полистирола с нитрильным каучуком ПКНД-10, образующегося в конце заполнения формы, при увеличении темпе­ ратуры литья повышается в меньшей степени, чем у полистирола. Возможно, что это объясняется присутствием в ПКНД-10 нитрильного каучука, обладающего плохой аутогезией80. Кроме того, в местах соприкосновения двух потоков материала может нахо­ диться воздух, не удалившийся в конце заполнения формы58. В присутствии воздуха снижается прочность спаев за счет умень­ шения площади соприкосновения расплава или за счет деструк­ ции, так как воздух при сжатии подвержен сильному нагреву. Если в форме предусмотрена соответствующая вентиляция, то

189