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

В случае прямоугольного сечения впуска ширина его должна быть на 1,5 мм меньше ширины или диаметра разводящего канала.

* Угол конуса равен 30°.

Экспериментально установлено І4, что для более вязкого мате­ риала диаметр точечного впуска должен быть больше, а длина впускного канала меньше, чем для менее вязкого. Так, для поли­ амидов диаметр^ впуска должен быть на 10% меньше диаметра впуска для полистирола, для сополимеров стирола и ударопроч­ ного полистирола — на 20—30% больше, а для полиметилметакри­ лата— на 40% больше.

Безлитниковые системы

При безлитниковом литье применяется «горячеканальная» кон­ струкция литников, при которой в каналах поддерживается тем­ пература, обеспечивающая текучесть расплава в центральной ча­ сти литникового канала. Безлитниковое литье имеет определенные достоинства: меньше отход термопласта, поскольку отсутствуют литники; не требуется операция удаления литника; в некоторых случаях уменьшаются внутренние напряжения в изделиях. Без­ литниковое литье может использоваться при любых литьевых фор­ мах, но не для всех типов термопластов.

240

Для использования безлитниковой системы необходимо, чтобы термопласт обладал хорошей текучестью при низких температурах, низкой удельной теплоемкостью и перерабатывался в широком температурном интервале. Этим требованиям лучше всего удов­ летворяют полиэтилен и полистирол. Полипропилен, полиметил­ метакрилат, полиамиды также используются при безлитниковом литье, но в меньшей степени.

При безлитниковых системах трудно избежать образования «застойных зон» в местах поворота каналов. В этих зонах в ре­ зультате длительного нагрева мо­ жет происходить разложение тер­ мопласта. Поэтому безлитнико­ вые системы не следует приме-

лиформальдегид, сополимеры на основе формальдегида, полиамид 6,6 и др.).

Безлитниковая система может быть выполнена в двух вариан­ тах. В первом (рис. VI. 10) расплав термопласта подается в по­ лость формы через удлиненное сопло, плотно прилегающее к фор­ ме, и через точечный впуск с круглым поперечным сечением. Во втором варианте (рис. VI. 11) расплав, прежде чем попасть в то­ чечный впуск, проходит через форкамеру, предварительно запол­ ненную термопластом. При этом уменьшается поверхность сопри­ косновения сопла и формы, в результате чего достигается более стабильная температура расплава, чем в первом варианте.

Наиболее целесообразно применение форкамеры при литье тон­ костенных изделий, когда время цикла литья, мало. В этом случае удается предотвратить затвердевание термопласта в форкамере. Увеличение объема форкамеры (рис. VI. 11, а) позволяет избежать затвердевания материала. Опасность затвердевания становится еще меньше, если во время пребывания литьевой формы в рас­ крытом состоянии материал остается на сопле (рис. VI. 11,6). В этом случае уменьшается время контакта термопласта с отно­ сительно холодными стенками формы.

Применение сопел из бронзы, обладающей большей теплопро­ водностью, позволяет уменьшить толщину слоя термопласта в фор-

мах с одним впуском в полость формы или в одно- и много­

ратуре цилиндра. Плита имеет электронагреватели, систему кон­ троля температуры и изолируется от остальных частей формы.

Конструкции сопла и впускного канала аналогичны конструк­ циям, показанным на рис. VI. 11 и VI. 12. Однако конструкция сопла с форкамерой позволяет лучше осуществлять теплоизоляцию формы и допускает менее точное сопряжение сопла с форкамерой.

242

9*

Г л а в а VII

ФОРМУЕМОСТЬ ТЕРМОПЛАСТОВ ПРИ ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

V

Оценка формуемости (способности к переработке) является основной проблемой в области технологии переработки пластмасс. Обычные методы измерения текучести расплавленных полимеров не дают надежных сведений об их формуемости, так как при литье под давлением формуемость полимеров определяется комплексом его реологических, теплофизических и физико-механических свойств. Кроме того, на формуемость полимеров оказывает влия­ ние конструкция литьевой машины, размеры и форма изделия, а также конструкция литьевой формы Ч

Следовательно, формуемость полимеров связана с большим количеством переменных факторов. Поэтому при разработке ме­ тодов определения формуемости возникают большие трудности. Вряд ли возможно создание универсальных методов, охватываю­ щих Полностью вопросы формуемости полимеров при литье под давлением.

Оценка формуемости

Формуемость можно оценивать, пользуясь различными показа­ телями. При литье под давлением формуемость полимеров пред­ ложено определять скоростью и легкостью, с которой полимер мо­ жет быть переработан при заданных требованиях2. Эти требова­ ния зависят как от типа полимера, так и от назначения изделия, поэтому они подлежат уточнению в каждом конкретном случае. Слово «легкость» означает малое регулирование литьевой машины при широком возможном диапазоне регулировки, а «скорость» — высокую производительность при удовлетворительном качестве из­

делий.

Основная цель при производстве изделий методом литья под давлением — это получение качественных изделий с максимальной производительностью. В связи с этим необходимо рассмотреть тре­ бования к готовым изделиям.

Первое требование: отсутствие коробления, серебристых и чер­ ных полос, трещин, пузырей, «утяжин» и других внешних дефектов (их число и размеры не должны превышать определенного мини­ мума). Второе требование: минимальная величина «заморожен-

244

ных» ориентационных напряжений, определяющих механические свойства, стойкость к растрескиванию, температуру коробления, из­ менение размеров изделия после литья и другие характеристики3. Третье требование: соответствие между геометрическими разме­ рами полости формы и размерами изделия, т. е. точность размеров готовых изделий. Другие требования имеют специальный характер и на практике предъявляются к изделиям редко.

Необходимость оценки формуемости может возникать при ре­ шении многих проблем в области технологии получения и перера­ ботки пластмасс, например при разработке новых типов полиме­ ров и модификации их свойств, определении условий переработки материала (предельных температуры, давления) и возможностей применения этого материала для изготовления различных изделий (определение минимальной толщины, конфигурации изделия

ит. п.). Необходимость оценки формуемости полимера возникает

ипри испытании литьевых машин и форм новых конструкций или модификации пластикационного узла.

Для того чтобы установить, как влияют свойства полимера на формуемость, можно использовать уравнение, характеризующее зависимость между свойствами полимера и продолжительностью цикла формования, включающего время заполнения и время охла­ ждения 4:

мы; То — начальная температура полимера.

С помощью этого уравнения можно оценить влияние, напри­ мер, вязкости расплава на время заполнения формы, а также температуропроводности и температуры стеклования на время охлаждения. Минимальная суммарная продолжительность запол­ нения и охлаждения соответствует максимальной производитель­ ности, так как продолжительность холостого хода поршня литьевой машины и пауза между циклами обычно невелики.

Однако в этом уравнении не учтены два существенных момента: охлаждение полимера, происходящее при заполнении формы, и его влияние на время заполнения, а также возникающая в про­ цессе заполнения ориентация и ее влияние на время охлаждения.

Известно, что для предотвращения коробления изделия его не­ обходимо охлаждать в литьевой форме до температуры, близкой к теплостойкости. Однако, как было показано В. В. Лапшиным и П. М. Козловым3 для полистирола, на теплостойкость литьевых изделий существенное влияние оказывает уровень ориентационных напряжений, зависящий от многих факторов: молекулярного веса

245

полимера, температуры литья, давления в форме, времени вы­ держки под давлением, конфигурации изделия и размеров лит­ никового канала. Все эти факторы сказываются на короблении изделий. Например, для полистирола с молекулярным весом 60 000 теплостойкость в зависимости от толщины изделия и условий литья менялась от 71 до 86 °С. Это должно влиять на допустимую тем­ пературу охлаждения изделия в форме.

При литье тонкостенных изделий влияние степени охлаждения в процессе заполнения и возникающей ориентации намного больше, чем при литье толстостенных изделий. Поэтому при оценке формуемости полимера при литье тонкостенных изделий это необхо­ димо учитывать.

Методы определения формуемости

Оценка формуемости полимеров производится так, чтобы усло­ вия испытаний как можно больше приближались к условиям пере­ работки полимера в литьевой машине. Определяются два показа­ теля— скорость и легкость формования. Наилучший метод опре­ деления скорости формования — это нахождение минимального цикла литья. При определении легкости формования устанавли­ ваются температура и давление, требуемые при заполнении фор­ мы, и строится диаграмма формования.

Минимальный цикл литья, а также значения давления и тем­ пературы, необходимые для формования изделия при данной про­ должительности цикла литья, определяются независимо друг от друга. Поэтому результаты этих двух испытаний могут не согла­ совываться между собой. Например, для охлаждения полимера, который легко заполняет форму, иногда требуется много времени, и получается более Длинный цикл, чем для полимера с большей вязкостью, трудно заполняющего форму.

Диаграмма формования

Диаграмма формования строится в координатах температура цилиндра— давление поршня путем нанесения на график точек, соответствующих тем значениям давления и температуры, при ко­ торых получаются изделия хорошего качества 5. При этом испыта­ нии изменяются только температура и давление, а все остальные параметры — время цикла литья, температура формы и др.— остаются постоянными.

Эксперимент состоит в постепенном повышении давления при постоянной температуре цилиндра до тех пор, пока форма не за­ полнится, и в дальнейшем его повышении до образования грата или прилипания изделия к форме. Таким образом получают две точки, соответствующие давлению заполнения и давлению прили­ пания или образования грата. Затем температуру цилиндра повы­ шают и опыт повторяют снова. Последовательное повышение тем­

246

пературы производят до некоторого предела, выше которого литье данного полимера невозможно.

В результате получают точки, соответствующие минималь­ ному и максимальному давлению литья. Соединив соответствую­ щие точки, находят границы диаграммы формования. Область, за­ ключенная между этими границами, — это область формования, так как при любых значениях давления и температуры в пределах этой области можно получить изделия хорошего качества. Типич­ ная диаграмма формования для поливинилхлорида представлена на рис. VII. 1.

Изделия можно контролировать и по другим дефектам, напри­ мер по появлению пузырей, полос, трещин и т. п. Такие дефекты

могут быть отмечены на диаграмме формования при соответствую­ щих температуре и давлении (см. рис. VII. 1). Если эти дефекты соответствуют определенным областям диаграммы, то они могут явиться дополнительным ограничением при выборе условий фор­ мования.

Диаграммы формования различных полимеров можно сопо­ ставлять путем совмещения их друг с другом (рис. VII. 2) или же путем сравнения площадей области литья и ее расстояний от «идеальной точки»5. Под «идеальной точкой» подразумевается точка, которой соответствуют минимальные температура и дав­ ление, обеспечивающие получение качественного изделия.

На рис. VII. 2 представлены для сравнения диаграммы фор­ мования трех материалов на основе поливинилхлорида6. Из ри­ сунка видно, что пластифицированный поливинилхлорид марки НС по сравнению с непластифицированным поливинилхлоридом ма­ рок Р700 и Р800 обладает более широкой областью формования и, следовательно, более широким диапазоном режимов перера­ ботки при литье под давлением,

247

характеризует допустимые условия формования. Крайняя левая точка соответствует минимальной продолжительности цикла.

Методики, применяемые для получения диаграмм формования и определения минимального цикла, могут показаться слишком трудоемкими и дорогими, однако получаемые при этом сведения позволяют точнее выбрать полимер и подобрать экономически наи­ более выгодные условия литья под давлением.

Выбор форм для определения формуемости

Для оценки формуемости не следует использовать очень слож­ ные формы, например с металлической арматурой, с резким изме­ нением толщины полости и т. п., так как процесс их заполнения сложен и обычно требует специального изучения. При выборе литьевой формы определяющими являются два фактора.

Первый фактор — это отношение массы отливаемого изделия к максимально возможной массе отливки, получаемой на данной литьевой машине. Если масса изделия приближается к макси­ мальной массе отливки или производительность в единицу времени приближается к пластикационной производительности нагрева­ тельного цилиндра литьевой машины, то определение формуемости может быть затруднено из-за колебаний количества полимера, требуемого для заполнения формы, и температуры расплава. По­ этому масса изделия должна составлять не более 75% от макси­ мально возможной массы отливки.

Второй фактор — это отношение толщины изделия к его по­ верхности (A/s). По этому признаку формы можно разделить на три типа4: формы для литья тонкостенных изделий с отношением h/s да 0,0004; формы для изделий со средней толщиной при h/s да да 0,001 и формы для толстостенных изделий при h/s да 0,003.

При литье очень тонкостенных изделий продолжительность за­ полнения формы и продолжительность охлаждения изделия при­ близительно одинаковы. Охлаждение в основном происходит во время заполнения формы, и поэтому давление и температура, тре­ буемые для заполнения формы, сильно зависят от степени охла­ ждения полимера в форме. Большое влияние на продолжитель­ ность охлаждения оказывают ориентационные напряжения, по­ скольку они снижают теплостойкость изделий. Продолжительность заполнения формы составляет большую часть цикла литья, по­ этому минимальное время цикла литья характеризует способность полимера легко заполнять форму.

Для изделий средней толщины условия заполнения сходны с условиями заполнения при литье тонкостенных изделий и в опре­ деленной степени зависят от охлаждения полимера во время за­ полнения формы. Продолжительность минимального цикла литья также зависит главным образом от охлаждения. Ориентационные напряжения и процесс заполнения формы оказывают некоторое влияние на продолжительность минимального цикла.

249