Режимы литья различных термопластов

	Полиэтилен низкого давления	Полипропилен	Ударопрочный полистерод	АБС-пластик	Капрон
Температера, литья, °С	260…280	220…270	210…220	230…235	240…260
Удельное давление, Н,см2	200…1100	800…1700	1000…1500	1100…1500	до 1000
Температура формы при выгрузке изделий, °С	50…60	60…90	70…80	65…75	50…60

Примечание. Требуется предварительная подсушка АБС-пластика при температуре 65…70 °С в течение 2 ч, капрона при температуре 60 ... 100 °С до остаточной влажности 0,1 %.

При изготовлении изделий методом литья под давлением гранулированный материал подается в бункер, затем червяком передается в переднюю зону цилиндра, при этом материал нагревается и пластифицируется. В этой зоне материал под действием нагревателей плавится и под давлением впрыскивается через сопло цилиндра в литниковое отверстие литьевой формы. После заполнения формы проводится выдержка под давлением для компенсации усадки материала при охлаждении формы. В процессе охлаждения формы материал затвердевает, после чего форма размыкается и изделие выталкивается из нее.

Так как в форму впрыскивается материал, нагретый до состояния высокой текучести, при контакте со стенками формы происходит его отверждение. Длительность цикла (от нескольких секунд до десятков секунд) зависит в основном от вида материала, габарита изделия, скорости охлаждения формы. Последняя стадия является самой продолжительной.

Качество получаемого изделия во многом зависит от температуры расплава и формы, давления впрыска. При охлаждении расплава в форме в нем происходят структурные изменения, которые оказывают влияние на физико-механические свойства изделия. В результате различия скорости охлаждения материала во внутренних слоях и поверхностных, соприкасающихся с холодными стенками формы, в материале возникают внутренние (усадочные) напряжения. Кроме того, создаются ориентационные напряжения в результате различия степени ориентации макромолекул полимера в направлении потока расплава в форме и перпендикулярно ему. Эти напряжения можно снизить, снижая разность температур формы и расплава, а также увеличивая скорость заполнения формы. На практике температура формы поддерживается на 100. . .150 °С ниже температуры расплава.

Давление литья должно обеспечивать быстрый впрыск расплава в форму и ее заполнение. Следует учитывать, что 30...50 % давления теряется вследствие сопротивления движению расплава по соплу и литниковым каналам, поэтому при литье требуется такое высокое давление инжекции.

Метод литья под давлением, несмотря на относительно высокую стоимость оборудования и оснастки, является чрезвычайно эффектив­ным при массовом производстве деталей мебели. В этом случае обеспе­чивается быстрая окупаемость затрат. Кроме того, изделия отличаются точными размерами и формой, хорошим внешним видом и не требуется их дополнительной обработки.

Экструзия – метод непрерывного получения погонажных деталей различного профиля путем выдавливания размягченного термопластич­ного материала через головку определенной формы.

Установка для экструзии состоит из экструдера (рис. 8) с головкой (фильерой), охлаждающего, тянущего и калибрирующего устройств.

Рисунок 8. Схема одночервячного экструдера:

1 - станина; 2 - головка; 3 - мундштук; 4 - система обогрева; 5 - загрузочный бункер; 6 -червяк; 7 - электродвигатель

Чаще всего применяют одночервячные экструдеры, в которых с по­мощью вращающегося червяка проводятся движение, уплотнение и продавливание пластифицированного материала через фильеру.

Процесс экструзии проводится следующим образом. Гранулирован­ный материал (реже порошкообразный) загружается в цилиндр экстру­дера через бункер. Цилиндр имеет, три условных зоны нагрева. В первой зоне происходит перемещение твердых частиц и их уплотнение. Во второй, зоне сжатия, материал за счет теплоты от цилиндра и внутреннего трения, возникающего в материале, постепенно пластифицируется и расплавляется. В третьей, дозирующей, зоне происходит гомогенезация расплава и его выдавливание через фильеру.

Разделение цилиндра на зоны условно, границы между ними нечеткие, в зависимости от перерабатываемого материала длина этих зон может изменяться. Для переработки аморфных термопластов, плавление кото­рых, происходит в широком диапазоне температур, применяют червяки с длинной зоной сжатия, для переработки кристаллических полимеров с короткой (не более 1 м).

Если перерабатывается нетермостойкий материал (например, поли­винйлхлорид), применяют червяки с одной зоной постепенного сжатия без резких переходов между зонами. В результате не происходит боль­шого тепловыделения в зоне сжатия и исключается термическое разложе­ние полимера.

Производительность экструдера в основном зависит от диаметра червяка, отношения его длины к диаметру, скорости вращения червяка. Отношение длины червяка к его диаметру для экструдеров, применяе­мых во всех странах СЭВ, установлено в пределах 20...25. В целях унификации экструзионного оборудования в этих странах выпускаются экструдеры следующих Диаметров червяков (мм): 25, 32, 45, 63, 90, 125, 160, 200. Для производства погонажных мебельных деталей в зави­симости от их сечения применяют экструдеры с диаметром червяка 25...80 мм.

Метод экструзии является высокопроизводительным, безотходным, полностью механизированным способом переработки пластмасс. При его применении можно получать погонажные детали и изделия любой конфи­гурации.

Прессование широко применяется для переработки термореактивных материалов в изделия различной конфигурации, в то время как для термопластов предпочтительными являются способы литья под давле­нием, экструзии и вакуум-формования.

Для прессования пластмасс обычно применяют гидравлические прессы различной конструкции, с разной степенью механизации управления (автоматическим, полуавтоматическим, ручным), различные по технологическим признакам (для компрессионного и литьевого прессования). Наибольшее применение получили прессы для компрессионного прессо­вания.

В качестве оснастки применяются пресс-формы с обогревом (паро­вым, водяным или электрическим), изготовленные из специальных ма­рок стали, выдерживающих воздействие высоких температур, механи­ческих усилий и химических веществ, выделяющихся при пластифици­ровании материала. Формы состоят из матрицы, которая располагается внизу и крепится к столу пресса, и пуансона, располагаемого вверху, который крепится к ползуну пресса. Кроме того, формы имеют нагре­вательные или охлаждающие плиты, выталкиватели и крепежные детали.

При паровом или водяном обогреве в полости плит высверливают каналы, по которым пропускается теплоноситель или холодная вода для охлаждения, если изделия должны охлаждаться под давлением.

При электрообогреве чаще всего в плитах или пресс-форме вырезают пазы, в которые закладывают тэны - витки медной проволоки с изоля­цией. При пропускании по ним переменного тока индуцируются вихре­вые токи, обеспечивающие равномерный нагрев пресс-формы и материала.

Процесс прессования включает дозирование материала (гранулиро­ванного, таблетированного или порошкообразного), загрузку его в форму, нагрев материала, собственно прессование и извлечение изделий из формы.

Перед загрузкой требуемого количества материала в форму предвари­тельно нагревают матрицу и пуансон до необходимой температуры, после чего пресс-форму смыкают. Материал под действием температуры и дав­ления пластифицируется и заполняет формующую полость формы. Под давлением материал переходит в неплавкое состояние и отверде­вает, после чего изделие, как правило, без охлаждения выталкивается из формы и зачищается от облоя.

Давления прессования зависит от свойств материала (в основном от текучести), конструкции формуемых изделий и других факторов. Обычно при компрессионном прессовании давление составляет 10 . . . 50 МПа.

Перед прессованием часто проводят подпрессовку для удаления тазов, возникающих в форме. Для этого после смыкания и выдержки под давлением пуансон немного приподнимают и газы удаляются, а затем форму вновь смыкают.

В зависимости от перерабатываемого материала температура прес­сования составляет 130...200 °С, длительность прессования 1. . .10 мин, в зависимости от материала и габарита изделия.

Для снижения потери сырья, уменьшения объема загрузочных камер и повышения производительности труда проводится таблетирование исходного порошкообразного материала.

Вакуум-формование - способ переработки листовых материалов. Преимуществами этого способа переработки полимер­ных материалов являются простота и дешевизна оборудования, невысо­кие требования к формам (не требуются специальные стали, формы мо­гут быть из алюминиевых сплавов, стеклопластика и других материалов); возможность изготовления изделий любой конфигурации различ­ного размера (в том числе и крупногабаритных).

Однако по сравнению с литьем под давлением вакуум-формование имеет ряд недостатков, основными из которых являются образование отходов при изготовлении изделий, разнотолщинность изделий вследст­вие неравномерной степени вытяжки листа в разных частях формы, невозможность полной автоматизации процесса.

В СССР не организован серийный выпуск установок вакуумного формования для изготовления мебельных ящиков, лотков декоратив­ных деталей и других изделий для мебельного производства. Однако это несложное оборудование может быть изготовлено силами предприя­тия. В этом случае, однако, степень механизации, не говоря уж об авто­матизации, невысока.

Одни из самых совершенных машин для вакуум-формование VF/b выпускает итальянская фирмы "Triulzi" (рис. 9).

В зависимости от свойств материала, толщины листов и конструкции формуемых изделий приме­няются различные модификации машин VF/b.

Так, при формовании деталей и изделий, требующих глубокой вытяж­ки, применяют машины модели VF/bc, которая оснащена приспособле­нием для установки пуансона, позволяющим производить предваритель­ную механическую вытяжку листового материала, и тем самым обеспечивается высокая точность конфигурации отформованного изделия. При использовании листового материала большой толщины (больше 6 мм) или особо жесткого применяют машины модели VF/b2R, осна­щенные второй нагревательной панелью с инфракрасными излучателями, благодаря чему улучшается пластификация материала. Такие машины с двойной нагревательной панелью применяются для быстрого формо­вания изделий из листовых материалов нормальной (до 3 мм) толщины.

Рисунок 9. Вакуум-формовачноя машина VF/b фирмы "Triulzi"

На таких машинах изготавливают различного типа ящики, различные емкости, декоративные детали и т.п. (рис. 10).

Рисунок 10. Декоративная панель из ударопрочного полистерола, имитирующего древесину, изготовленная на машине VF/b фирмы "Triulzi"

Машины VF/bC2R характеризуются техническими возможностями обеих предыдущих машин: на них можно производить формование при нормальной скорости деталей с глубокой вытяжкой и применением толстого листового материала или быстрое формование материала нормальной толщины.

Технические характеристики вакуум-формовочных машин фирмы "Triulzi" приведены ниже.

Технические характеристики вакуум-формовочных машин фирмы "Triulzi" (Италия)

	VF/bC75	VF/b2K75		VF/bC2K75		VF/bC107		VF/b2K107				VF/bC2K107
1	2	3		4		5			6			7
Размеры формовки, мм	710х510					1010х710
Максимальная высота пресс-формы, мм	250					350
Мощность нагрева, кВт:
верхнего	7,2					12,8
нижнего	–	3,75				–		7
общая	7,2	10,95		10,95		12,8		19,8				19,8
Удельная мощность нагрева, Вт/см2	2	3,1		3,1		1,8		2,8				2,8
Производительность вакуумного насоса, м3/ч	20					40
Мощность электродвигателя вакуумного насоса, кВт	1					2
1	2		3		4		5			6	7
Масса плиты, кг:
несущей пресс-формы	400					900
несущей контрпресс-форму	150	–		150		300		–				300
Максимальный расход воздуха на цикл, л	90	60		100		160		140				190
Габаритные размеры, мм	1300х1300х2300	1300х1300х1400		1300х1300х2300		1850х3100х3020		1850х3100х1700				1850х3100х3020
Масса, кг	700			800		900		1000				1100

Принцип вакуум-формования заключается в том, что заготовке из листового термопласта, нагретой до высокоэластического состояния, герметически закрепленной по периметру формы, придается требуемая конфигурация путем создания вакуума в полости между заготовкой и формой, за счет чего листовой материал втягивается в полость формы под действием атмосферного давления. После этого изделие охлаждают сжатым воздухом, извлекают и обрезают по контуру. Различают двавида вакуум-формование: негативное (матричное) и позитивное (пуан­сонами). При негативном заготовка втягивается в углубления формы, при позитивном изделие формуется на поверхности выпуклой части формы — пуансоне.

Вакуум-формование применяется для изготовления мебельных ящи­ков. Лучшим качеством обладают ящики, изготавливаемые в матричных формах, так как в этом случае наименьшая толщина материала наблю­дается в углах ящика (из-за наибольшей вытяжки), а бортики, которые при эксплуатации ящика подвергаются максимальной нагрузке, имеют наибольшую толщину, в результате чего ящики получаются более проч­ными.

При позитивном формовании разогретая листовая заготовка предва­рительно вытягивается сжатым воздухом, а затем на пуансоне произво­дится дополнительная механическая вытяжка по форме изделия. В этом случае наименьшая толщина получается у бортиков ящика, а наибольшая толщина стенок - в углах, вследствие чего прочность ящика ниже.

На современных машинах (типа VF/b), как было указано выше, производится предварительное вытягивание листовой заготовки верх­ним пуансоном, что снижает разнотолщинность изделий.

Ниже приведены режимы вакуумного формования изделий из листо­вых термопластов.