Восторгов, Кобыличенко, Маврин - Литье под давлением (МИТХТ,2009)

Издание учебное

Восторгов Борис Ефимович, Кобыличенко Данила Валерьевич Маврин Александр Алексеевич

«Литье термопластичных композиционных материалов». Лабораторный практикум по курсу «Технология производства полимерных композитов, труб и фасонных изделий»

Подписано в печать __________. Формат 60х84/16. Бумага писчая. Отпечатано на ризографе. Усл. печ. листов 2,3.

Тираж 100 экз. Заказ №________

ГОУ ВПО «Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова»

Издательско-полиграфический центр 119571 Москва, пр. Вернадского 86

53

УДК 678. ББК 74.58

В

Рецензенты: д.х.н. проф. Буканов А.М.. и к.т.н. Кацевман М.Л. . (Группа Полипластик)

Рекомендовано к изданию кафедрой химии и технологии переработки пластмасс МИТХТ (протокол № 7 от 20.01.2009)

План изданий поз № ………

ВВосторгов Б.Е., Кобыличенко Д.В., Маврин А.А.

Литье под давлением термопластичных композиционных материалов. Лабораторный практикум по курсу «Технологияпроизводства полимерных композитов, труби фа-

сонныхизделий».

Учебно-методическоепособие. М.:МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2009. – 56с.:ил.

В учебно-методическом пособии рассматриваются технологические особенности процесса литья композиций на основе термопластов и подготовка материала к переработке. Приведены технологические режимы литья композитов на основе полиамидов и полипропилена. Рассматриваются методики оценки усадки литьевых изделий, формуемости по спирали, влияние холодного спая на прочность изделия, выбор оптимального времени выдержки под давлением.

Для студентов, обучающихся по магистерской программе «Химическая технология переработки пластических масс и композиционных материалов» и по специализации «Технология изделий из пластических масс и композиционных материалов», а также для аспирантов и слушателей ГИПК МИТХТ.

УДК 678.5 ББК 74.58

©Б.Е.Восторгов, Д.В. Кобыличенко., А.А.Маврин,2009

©МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2009

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………… 4

РАБОТА №1. Определение оптимального времени выдержки под давлением……………………………………13

РАБОТА №2. Определение литьевой усадки………………21

РАБОТА №3. Влияние ПТР материала и технологических параметров литья под давлением на длину затекания полимера…………... 30

РАБОТА №4. Влияние спая потоков на физикомеханические свойства изделий……………………………..36

3

Таблица 2. Результаты определения прочностных показателей образцов

Вопросы для подготовки к лабораторной работе №4 и ее защите

1.Какова причина образования спаев потока?

2.Какие виды спаев потоков существуют?

3.Почему наличие спаев потока, как правило, приводит к ослаблению пластмассовых изделий?

4.В чем различие прочностных свойств в области спая потоков для чистых и композиционных термопластов?

Библиографический список к лабораторной работе №4

1.Лапшин В.В. Основы переработки термопластов литьем под давлением – М.: Химия. 1974.

2.Оссвальд Т., Тунг Л.-Ш., Грэманн П.Дж. Литье пластмасс под давлением – С-Пб.: Профессия. 2006.

3.Мэллой Р.А. Конструирование пластмассовых изделий для литья под давлением / пер. с англ. яз. под ред. В.А. Брагинского, Е.С. Цобкало, Г.В. Комарова – СПб.: Профессия, 2006.

52

Формование изделия заключается в заполнении расплавом с определенной скоростью и давлением полости формы охлаж-

даемой до требуемой температуры.

Изготовление литьевых изделий производится на литье-

вых машинах. На рисунке 1 показана литьевая машина и ее ос-

новные части.

Рис.1. Схематическое изображение литьевой машины

1 – узел смыкания; 2 – литьевая форма; 3 – узел впрыска; 4 – загрузочный бункер; 5 –гидравлическая система; 6 – двигатель; 7 – пульт управления

Основными параметрами, характеризующими литьевую машину является максимальный объем впрыска Vм в см3 и уси-

лие запирания Pз. При выборе машины для литья конкретного

изделия необходимо, чтобы соблюдалось два условия:

Рис. 2. Расположение образцов и конфигурация литниковой системы в форме для изготовления образцов со спаем потоков

Количество изготавливаемых образцов для каждого ис-

пытываемого материала или режима литья регламентируется стандартами на испытания и соответствует:

по 10 шт. для образца брусок 80 10 4 мм без спая и со спаем

по 5 шт. для образца лопатка тип 2 без спая и со спаем.

Далее образцы герметично упаковываются в полиэтиле-

новые пакеты и передаются на испытания, которые проводятся по прошествии определенного времени кондиционирования –

50

Рис. 1. Расположение образцов и конфигурация литниковой системы в форме для изготовления образцов без спая потоков: а) лопатка тип 2, б) брусок 80 10 4 мм

Геометрия и размеры образцов соответствуют стандартам

на испытания.

Для изготовления образцов со спаем потоков использует-

ся матрица, в которой заполнение образцов происходит с двух

противоположных сторон. При этом спай потоков образуется в

центре образца. Литье образцов со спаем – лопатка или брусок,

осуществляется по выбору, с помощью поворотной втулки, ко-

торая направляет расплав полимера в то или иное гнездо. Эскиз

расположения образцов с литниковой системой для получения

спая потоков представлен на рис. 2.

49

где: Sл – площадь проекции отливки в плоскости смыкания, см2;

Pср – среднее давление расплава в форме, кг/см2.

Обычно для расчета принимается Pср=400-600 кг/см2.

Узел впрыска показан на рисунке 2. Основные задачи узла впрыска заключаются в переводе полимера в вязко-текучее со-

стояние, гомогенизации расплава, впрыске порции расплава в оформляющую полость литьевой формы и поддержании давле-

ния в форме на стадии выдержки под давлением. После вы-

держки под давлением идет сброс давления в форме и начина-

ется набор дозы

Рис. 2. Схематическое изображение узла впрыска

1 – сопло; 2 – инжекционный цилиндр; 3 – обратный клапан; 4 - шнек; 5 - загрузочный бункер

Основные элементы узла впрыска:

бункер;

шнек, совершающий возвратно-поступательные движе-

ния;

кольцевые нагреватели;

обратный клапан;

6

сопло;

привод вращательного движения шнека (на рисунке не показан);

привод возвратно-поступательного движения шнека (на

рисунке не показан).

Узел смыкания, представленный на рисунке 3, предназна-

чен для открывания и закрывания формы и удержания ее в сомкнутом состоянии при заполнении формы и в процессе ох-

лаждения изделия.

Рис. 3. Узел смыкания с коленчато-рычажным механизмом

1 – задняя плита; 2 – коленчато-рычажная система; 3 – подвижная плита; 4 – направляющая колонна; 5 - неподвижная плита; 6 – литьевая форма; 7 – гидравлический цилиндр

Существуют разнообразные конструкции узла смыкания:

механические, гидравлические или комбинированные, соче-

тающие первые два способа.

Последовательность операций при литье под давлением пластмассового изделия, изображенная на рисунке 4, называет-

ся технологическим циклом литья под давлением. Цикл (А) на-

7

Таблица 1. Параметры литья ПП и ПА6

Если целью работы выбрано изучение влияния техноло-

гических параметров литья под давлением, то необходимо вы-

брать интересующий параметр и задать его значения. При этом остальные параметры должны соответствовать указанным в таблице 1. Например, необходимо изучить влияние температу-

ры расплава для композиции на основе ПП. Выбираем значения температур 220, 230, 240 (базовая точка), 250, 260 С. Осталь-

ные параметры оставляем неизменными. Аналогичным образом изучаем влияние других параметров.

В зависимости от вида образца, на литьевую форму уста-

навливается соответствующая матрица. Матрицы для изготов-

ления образцов без спая лопатка тип 2 и брусок 80 10 4 мм

имеют двухгнездную и четырехгнездную конфигурацию соот-

ветственно. Эскиз расположения образцов с литниковой систе-

мой представлен на рисунке 1.

48

5. Проведение эксперимента

Для проведения работы выбираем два и более материала,

для которых необходимо оценить изменение прочностных свойств в области спая потоков. Данный эксперимент может проводиться с целью изучения влияния следующих факторов:

Влияние типа полимера или полимерной матрицы в ком-

позиционных термопластах на прочность спая. В данном случае может проводиться сравнение различных типов термопластов в чистом виде или наполненных одинаковым количеством одного типа наполнителя.

Влияние типа и концентрации наполнителей и арми-

рующих добавок на прочность спая. В этом случае для одного полимера сравнивается введение различных типов наполните-

лей или введение различных концентраций одного типа напол-

нителя.

Влияние технологических параметров литья под давле-

нием на прочность спая. Для этого используется один материал и варьируются параметры процесса.

Далее включаем литьевую машину и устанавливаем па-

раметры литья в соответствии с выбранным материалом. Ти-

пичные параметры литья для композиций на основе ПП и ПА6

представлены в таблице 1.

47

чинается со смыкания литьевой формы, после чего расплав по-

лимера впрыскивается за счет поступательного движения шне-

ка в ее формующую полость. После заполнения формы (В) дав-

ление продолжает поддерживаться в целях компенсации техно-

логической усадки остывающего материала.

На третьем этапе (С) шнек вращается, и следующая доза подготовленного к впрыску расплава поступает в переднюю часть цилиндра. В результате накопления расплава в передней части цилиндра (перед наконечником шнека) и нарастании дав-

ления шнек совершает возвратное поступательное движение на заданное расстояние и завершает подготовку к впрыску новой дозы расплава. После необходимого охлаждения и затвердева-

ния изделия форма открывается, и изделие выталкивается (D).

На рисунке 5 представлена диаграмма литьевого процесса со всеми ограничивающими условиями. Температура расплава не должна опускаться ниже определенного уровня, т.к. при слиш-

ком низкой температуре происходит недостаточное заполнение формы расплавом, либо формующая полость просто остается незаполненной вследствие высокой вязкости полимера. В то же время температура также не должна превышать определенного уровня, т.к. слишком высокая температура приводит к деструк-

ции полимерного материала.

Давление на расплав в форме должно находиться в интер-

вале между низким, которое приводит к чрезмерной усадке или

8

недостаточной плотности изделий, и высоким, которое приво-

дит к частичному раскрытию формы и появлению грата.

Рис. 4. Последовательность операций в цикле литья под давлением

1 – хвостовик гидровыталкивателя; 2 – плита толкателей; 3 – подвижная плита; 4 – направляющая колонна; 5 - неподвижная плита; 6 – обратный клапан (закрыт); 7 – шнек; 8 - приводной цилиндр; 9 – толкатель; 10 – формующая полость/отливка; 11 – литьевая форма; 12 – обратный клапан (открыт); 13 – толкатель; 14 – сопло; 15 – узел впрыска (обратный ход)

9

3. Материалы и оборудование

Термопластичный полимерный материал в виде гранул – ПП, ПА6 или композиции на их основе.

Литьевая машина ARBURG 370 CMD.

Литьевая форма для изготовления стандартных образ-

цов: брусок 80 10 4 со спаем и без спая для определения удар-

ной вязкости, лопатка тип 2 со спаем и без спая для испытания на растяжение.

Маятниковый копер.

Испытательная разрывная машина.

4. Порядок выполнения работы

Ознакомьтесь с устройством и принципом работы литье-

вой машины, на которой будет проводиться эксперимент. За-

фиксируйте марку, модель и основные технические характери-

стики машины.

Выберите полимерный материал и подберите технологи-

ческие параметры литья, исходя из типа материала.

Выберите метод оценки прочностных свойств материала

Оформите в лабораторном журнале: название лабора-

торной работы, цель, наименование материала, технологиче-

ский режим литья; краткое описание литьевого и испытатель-

ного оборудования, на котором проводятся испытания (указать

технические характеристики, описать принцип работы). 46