11. Технологія одержання виробів із полімерних композиційних матеріалів

11.1. Технологія одержання виробів з термопластичних композицій

11.1.1. Екструзія

Екструзія – метод формування виробів або напівфабрикатів необмеженої довжини продавлюванням розплаву полімеру через формуючу голівку з каналами необхідного профілю. Машини, використовувані для реалізації цього методу, називаються екструдери (черв’ячні, дискові, комбіновані).

Більшість термопластів і композицій на їхній основі можуть перероблятися екструзією. Для цього достатньо, щоб час перебування розплаву в екструдері при даній температурі був меншим ніж час термостабільності полімеру за тієї ж температури. Найширше застосовується екструзія великотоннажних полімерів: поліолефінів, полікарбонатів, поліамідів, ПВХ, ПЕТФ, а також їхніх сумішей з неорганічними й органічними наповнювачами, та складних композицій на їхній основі. Технологічність полімеру визначає основні технологічні параметри екструзії, а також вид одержуваного виробу. Найпоширенішими виробами, одержуваними методом екструзії, є плівки, листи, труби, профілі різного перерізу й конфігурацій, сітки, а також дискретні вироби, що виготовляють екструзією розплаву з наступним роздувом у формі.

З малов’язких розплавів неможливо одержати безперервну екструзійну заготовку. При занадто високій в’язкості розплаву одержувати вироби методом екструзії важко через великий опір плину розплаву, виникнення нестійкого режиму руху потоку. Підвищення температури переробки може призвести до термодеструкції розплаву, а збільшення тиску або потужності приводу при нижчих температурах − до механодеструкції. Тобто, для екструзії розплавів повинні застосовуватися полімери з досить вузьким інтервалом коливання в’язкості.

Екструдат, що виходить з голівки, повинен мати формостійкість. Вона залежить від температури й молекулярної маси полімеру. Вимоги до формостійкості залежать від деформації розплаву у вільному стані або в калібрувальному пристрої. Тому для різних видів виробів рекомендується переробляти розплави з відповідними ПТР.

11.1.2. Лиття під тиском

При введенні скловолокон у термопласти зростає в’язкість розплаву й змінюються характеристики текучості в процесі формування виробу. В’язкість збільшується зі збільшенням вмісту й довжини скловолокна. В умовах плину розплавів у машинах для лиття під тиском волокна мають тенденцію до самоорієнтування в матеріалі. Можливі випадки роз’єднання волокна й зв’язувального. Усадка наповнених пластиків нижча за усадку вихідних зв’язувальних, тому орієнтація часток наповнювача може привести до анізотропії усадки. Для виробництва полімерів зі склонаповнених термопластів литтєві машини повинні відповідати наступним вимогам:

− тиск у матеріальному циліндрі − до 170 МПа;

− наявність оперативного контролю витрати і температури;

− можливість регулювання тиску розплаву в межах 70-140 МПа;

− наявність не менш трьох зон нагріву у матеріальному циліндрі й незалежного нагріву сопла;

− коротке самозамикальне сопло із прямим і, наскільки то можливо, великим діаметром отвору.

Литтєві форми для одержання виробів зі склонаповнених термопластів повинні задовольняти наступним вимогам:

- центральний ливниковий канал повинен бути конічним, добре полірованим і коротким;

- розвідні канали повинні мати великий круглий або трапецієподібний переріз, бути короткими й добре відполірованими;

- літники повинні бути збалансовані, щоб уникнути перекосів. Звичайно вони розташовуються в центральній частині потоку. Розміри літника визначаються видом вихідної сировини. Вони повинні бути більше, ніж для вихідного полімеру;

- для більш швидкого заповнення форми необхідно мати газовідвідний канал з отвором,більшим, ніж при литті вихідного термопласта;

− для легкості вилучення відливки необхідно передбачати більші технологічні ухили;

− необхідно точне регулювання температури знаків і оформлювальних поверхонь.

Технологія переробки наповнених термопластів вимагає більш високих тисків упорскування і температури, ніж при литті під тиском вихідних термопластів. У ряді випадків тиск повинен бути підвищений на 75 %. Однак з підвищенням тиску зменшується доза упорскування матеріалу, що знижує продуктивність таких машин. Зменшення дози до 50-75 % від вихідної є звичайним явищем. Значення температур технологічних процесів переробки наповнених і вихідних термопластів наведені в табл. 11.1.

Таблиця 11.1 Температура переробки наповнених і вихідних термопластів
Вихідний термопластичний полімер	Температура переробки, °С
	вихідного полімеру	склонаповненого полімеру
АБС	200-260	260-280
Поліацеталь	175-200	200-230
Поліамід 66	250-290	260-305
Поліамід 6	215-260	215-280
Поліамід 612	230-290	280-305
Поліамід 12	175-180	175-180
Поліфеніленоксид	275-305	300-325
Полікарбонат	260-375	280-345
Поліетилен ВП	215-230	230-250
Поліпропілен	175-230	240-260
Полістирол	200-235	240-280

Упорскування розплаву з максимальною для машин швидкістю забезпечує швидке заповнення литтєвої форми, запобігає утворенню зварних швів, зменшує тенденцію переважної орієнтації волокон і поліпшує поверхню виробу. Висока швидкість обертання гвинта й високий тиск у впускному каналі дозволяють зберегти гомогенність набраної порції без такого навантаження на компаунд, яке може спричинити руйнування волокон.

Звичайною практикою є добавка в бункер литтєвих машин вторинної сировини (відходів виробництва), що не повинно призводити до зміни вмісту компонентів і погіршенню властивостей виробів. Як правило, кількість відходів, що додають, не повинна перевищувати 25 % мас. Однак для поліамідів, армованих довгими скляними волокнами це правило неприйнятно.