2.4. Оборудование при производстве изделий из термопластичных пластмасс

В зависимости от поведения связующего при нагреве пластмассы разделяются на реактопласты и термопласты.

Термопласты при нагревании плавятся и затвердевают при охлаждении. Процесс может повторяться неоднократно, однако повторный нагрев ухудшает физико-механические свойства материала.

Механизмы замыкания предназначены для создания достаточно плотного прилегания обеих половин формы друг к другу. В таком положении форма должна удерживаться во время впрыска в форму расплава, выдержки его под давлением и охлаждения готового изделия. При ненадежном замыкании формы в момент впрыска может произойти выброс части расплава по линии разъема. В этом случае вокруг изделия в плоскости разъема образуется облой, значительно уменьшается плотность детали, возможны недоливы, т.е. изделие получается некачественным. Для получения качественных изделий, необходимо надежное замыкание формы.

Рассмотрим следующие виды замыкания формы:

- шестизвенный механизм замыкания формы с качающимся гидроцилиндром;

- механизм замыкания формы с горизонтальным гидроцилиндром.

Шестизвенный механизм замыкания формы с качающимся гидроцилиндром. Покажем его конструктивную и кинематическую схему на рис. 12

Рис. 12. Схема действия рычажно-гидравлического механизма

1 - задняя стойка; 2 -рычажный механизм; 3- ползун: 4 — колонна;

5 - гидропривод; 6 - форма

Гидропривод, соединенный шарнирно с кривошипом ed, вращает его, заставляя через шатун dc поступательно перемещаться ползун с формой. В момент, когда точки е, d, с располагаются на одной линии происхо­дит запирание формы. В этот же момент усилие запирания теоретически становится бесконечным по величине. Эту благоприятность существенно уменьшаем наличие зазо­ров в шарнирах рычагов и их деформативность (деформации изгиба, сжатия), «след­ствие чего величина реального усилия смыкания оказывается ограниченной. 5. Гидроцилиндр шарнирно закреплен на каретке 9, которая вместе с системой рычагов может перемещаться по колоннам 8, при регулировании расстояния между плитами 5 и 7. Неподвижные плиты 2 и 7 жестко связаны колоннами 8. Смыкание полуформ 6 осуществляется при подаче жидкости в штоковую полость гидроцилиндра.

Изобразим на рис. 13 механизм замыкания формы с горизонтальным гидроцилиндром.

Рис. 13. Механизм замыкания формы с горизонтальным гидроцилиндром

I (выше оси) – сомкнутое состояние формы; II (ниже оси) – разомкнутое состояние формы; 1 – подвижная плита; 2 – рычажное устройство; 3 – шток поршня; 4 – гидроцилиндр; 5 – колонны.

Плита 1 перемещается при помощи гидроцилиндра 4 и передаточного сдвоенного рычажного устройства 2. Рычажная система приводится в движение штоком 3 и поршнем гидроцилиндра 4. При перемещении штока 3 вправо (смыкание) рычаги разворачиваются, а при перемещении влево – складываются.

Для предотвращения передачи давления инжекции на полимер, находящийся и винтовом канале червяка, на его головной части устанавливается наконечник с обратным клапаном (рис. 18). Это, во-первых, позволяет при впрыске сохранить неизменным подготовленный к инжекции объем расплава, и, во-вторых, исключить полностью или в значительной степени образование встречного, обратного, потока расплава, снижающего пластикационную способность червяка.

Форма и действие наконечника с клапаном должны быть такими, чтобы расплав также не застаивался в зоне накопления. С этой целью используют так называемые самоочищающиеся наконечники (рис. 14, а). Для низковязких расплавов могут использоваться наконечники с шариковым клапаном (рис. 14, б), а для низко термостабильных ПВХ наконечники с гребневидной нарезкой конической части (рис. 14, в).

Рис. 14 Конструкции наконечников с обратными клапанами

Экструзия – это непрерывное выдавливание расплава термопласта для формования. Способом червячной экструзии получают трубы, пленки, накладывают изоляцию на провода., получают выдувные изделия, гранулируют термопласты.. В первой зоне материал предварительно нагревается и частично проплавляется; во второй – материал находится в виде расплава, гранул и суспензии. Соответственно и геометрия червяка от зоны к зоне претерпевает конструктивные изменения. Шаг нарезки остается постоянным, а объем межвиткового пространства уменьшается от первой к третьей зоне (ориентировочно в 2 раза). Чтобы материал продвигался вдоль оси червяка, а не вращался вместе с ним, необходимо, чтобы коэффициент трения между материалом и цилиндром был выше, чем между материалом и червяком. Это достигается за счет нагрева материального цилиндра и охлаждения червяка. Охлаждение червяка осуществляется за счет подвода охлаждающей жидкости во внутрь ч ервяка через барбатер. Материальный цилиндр обогревается при помощи омических обогревателей.

1

Рис. 16. Экструзионная машина

- шнек; 2 - материальный цилиндр; 3 - нагреватели; 4 - загрузочный бункер; 5 -редуктор; 6 - двигатель

Привод червячных прессов осуществляется от постоянного тока, что позволяет плавно изменить число оборотов червяка.

М атериал поступает в бункер, откуда самотеком подается в материальный цилиндр, в котором находится шнек. Привод червяка осуществляется через редуктор от ЭД. Загрузочная воронка охлаждается кольцом охлаждения. Материальный цилиндр гильзуется, ставится несколько гильз, которые легче изготовить с необходимой точностью, нежели сам цилиндр. При выходе из строя одной из гильз ее можно заменить.

Изобразим цилиндр экструзионной машины.

1 - загрузочный бунке, 2 – корпус, 3 - гильзы, 4 – электронагреватели, 5 термопары.

Изобразим червяк экструзионной машины на рис. 23.

Ч

Рис. 17. Материальный цилиндр экструзионной машины

ервяк полируется; внутри него предусмотрена система охлаждения типа «труба в трубе». В червяке на хвостовой части есть обратная нарезка во избежание утечки материала.

Рис. 18. Червяк экструзионной машины

Рассмотрим принципиальную схему работы литьевой машины. Схема самой машины показана на рис. 19.

Рис. 19 Схема термопластавтомата с червячной пластикацией (пояснения в тексте).

Все функциональные блоки и устройства ТПЛ располагаются на жесткой раме. Гранулированный полимерный материал из бункера 1 поступает в материальный цилиндр 2, захватывается вращающимся шнеком 3 и транспортируется в направлении мундштука 8. При этом гранулированный материал нагревается, уплотняется в пробку и под действием тепла от трения о поверхность винтового канала червяка и поверхность цилиндра, а также за счет тепла от наружных зонных электронагревателей 4 пластицируется, то есть расплавляется под давлением, и, пройдя через обратный клапан 6, накапливается в зоне дозирования материального цилиндра. Под действием возникающего при этом давления червяк отодвигается вправо, смещая плунжер 25 и хвостовик с имеющимся на нем (условно) концевым выключателем 26. Установкой ответного выключателя на линейке 27 регулируют отход червяка и, следовательно, подготовленный к дальнейшим действиям объем расплава в зоне дозирования и мундштука 8. После срабатывания концевых выключателей 26 и 27 вращение червяка прекращается — требуемая доза расплава подготовлена. Далее, гидроприводом 5 пластикационный, называемый также и инжекционным, узел сдвигается влево до смыкания мундштука с литниковой втулкой, установленной в стойке. К этому моменту завершает смыкание частей прессформы 11 и 12 прессовый узел ЛМ. Он представляет собой, по сути, горизонтальный рычажно-гидравлический пресс, состоящий из задней 17 и передней 9 плит-стоек, соединенных, как правило, четырьмя колоннами 10 и 14, по которым сметается вправо (смыкание) и влево (размыкание) ползун 13.

На базе червячного пресса разработаны процессы производства труб. Все стадии технологического процесса производства труб неразрывны и выполня­ются на одной линии непрерывного действия (рис. 20.).

Гранулированный полимерный материал пневмозагрузчиком 1 подается в бункер 2 экструдера 3, где нагревается, пластифицируется и виде расплава под давлением по­дастся в прямоточную головку 4, из которой отформованная труба поступает в калиб­ратор 5 и далее в охлаждающую ванну 6. Для отвода трубы служит тянущее устройст­во 7, захватывающие элементы которого соответствуют профилю изделия. Толщина стенки трубы и правильность ее геометрической формы контролируются бесконтакт­ным измерительным устройством 8. Для нанесения надписей тиснением или печатью служит приспособление 9. Трубы диаметром более 50 мм нарезаются на отрезки по 6, 9, 12 м дисковой пилой 10, перемещающейся вдоль трубы со скоростью ее отвода, и укладываются манипулятором 11 в штабели 12. Трубы диаметром менее 50 мм на­матываются в бухты тянуще-намоточным устройством. В этом случае устройства 10-12 в агрегат, естественно, не включаются.

Рис. 20 Линия по производству гладких труб

Агрегат для производства гофрированных изделии состоит из экструдера с прямо­точной трубной головкой с удлиненным дорном (рис. 21. поз. 1) и необогреваемым мундштуком 2. В непосредственной близости от головки располагается гофратор, устроенный подобно двухцепному отводящему закреплена полуформа 3 с каналом для охлаждающей воды. Тонкостенная трубная заготовка поступает в зону сомкну­тых полуформ гофратора, под давлением сжатого воздуха прижимается к охлажденным поверхностям и затвердевает, сохраняя приданную ей форму. Для поддержания дав­ления внутри раздуваемого рукава в нем размещается плавающая пробка, прикреп­ленная к дорну тросом 4. Гофратор, таким образом, выполняет две функции. Пер­вая — подобно калибратору он придает изделию требуемую геометрическую форму; вторая — является отводящим устройством с плавной регулировкой скорости движе­ния полуформ.

С хема процесса гофрирования шланга: 1 — дорн; 2 - мундштук; 3 - полуформа; 4 - трос; 5 - пробка; 6 – изделие.

Д

Рис. 21. Схема производства гофрированных труб

ля производства полых и объемных изделии из термопластов - канистр, бочек, бутылей, флаконов, игрушек и т. п. - наибольшее распространение получил метод раздувного формования (рис. 22). Производство изделий этим методом осуществляется в дне стадии: сначала получают трубную заготовку с температурой несколько ниже темпе­ратуры плавления, которую затем раздувают сжатым воздухом.

Метод раздувного формования основан на том, что выдаваемая цилиндрическая заготовка из полимера замыкается между двумя полуформами, и затем во внутрь заготовки подается сжатый воздух. Эластичная заготовка раздувается, прижимаясь к стенкам оформляющих полостей, переходит в твердое агрегатное состояние; форма раскрывается и изделие извлекается.

Р

Рис. 22. Схема экструзионно-раздувной машины

асплавленный и гомогенизиро­ванный в экструдере материал выдав­ливается из головки вниз в виде труб­чатой заготовки, которая попадает к открытую к этому моменту форму. После того, как длина заготовки до­стигнет необходимой величины - по­луформы смыкаются, зажимая ниж­ний и верхний края заготовки своими бортами. При этом происходит сварка нижнего конца заготовки и оформле­ние отверстия. После смыкании формы в нее через дорн или ниппель подается сжатый воздух, под действием которого размягченный материал рукава принимает конфигу­рацию внутренней полости формы. В результате соприкосновения с хо­лодными стенками формы полимер затвердевает; далее форма раскрывает­ся, готовое изделие извлекается и на­правляется на окончательную обра­ботку (удаление приливов, снятие за­усенцев и т. п.). Производство полых изделий осуществляется на специаль­ных агрегатах, снабженных (помимо экструдера) механизмом перемещения, разъема и смыкания формы с гидрав­лическим или пневматическим при­водом.

1 – экструдер, 2 – накопительная головка, 3 – рукав, 4 – раздувная форма, 5 – крепежные плиты, 6 – гидравлический узел смыкания.

П

Рис. 23. Схема экструзионно-

выдувного узла с копильником

ри необходимости изготовления больших по массе изделий обычный экструдер не может обеспечить выдавливание заготовки с достаточной скоростью, а установка высокопроизводительного экструдера (с большим диаметром шнека) невыгодна, так как из-за периодичности процесса формования изделия он будет использоваться ве­сьма непроизводительно. Поэтому агрегат для производства крупногабаритных изде­лии, как правило, снабжается копильником (рис. 23) — горизонтальным или вертикальным гид­равлическим прессом, материальный цилиндр которого оснащен обогревателями. Расплав поступает из экструдера 1 в копильник 3 через специальную промежуточную головку 2. После заполнении копильника экструдер останавливают, в прессовой гидро­системе копильника создается давление, под действием которого его поршень с заданной скоростью выдавливает через угловую головку необходимую порцию расплава полимера. Трубча­тая заготовка попадает в форму, уста­новленную на специальном раме, после смыкания формы включается привод экструдера, которым подает в копильник новую порцию расплава, в то время как в форме происходит оформление и охлаждение изделия. 4 - гидропривод плунжера копильника, 5 – рукавная головка, 6 дорн, 7 - дорнодержатель, 8 – экструдируемый рукав.

В зависимости от конструкции изделия и формующего инструмента (рис. 24.) подача сжа­того воздуха для формования изделия может производиться через дорн (сверху) а), че­рез специальный ниппель (снизу) б) или через полую иглу в). Последний способ применяется главным образом при производстве замкнутых изделия (без отверстия), так как формующее отверстие в этом случае очень мало и затягивается после удаления иглы разогретым материалом.

Э

Рис. 24. Варианты подачи сжатого воздуха.

кструзионная установка для производства рукавной пленки состоит из червячного экструдера 1; установленной на тележке угловой кольцевой головки 2; обдувочного охлаждающего кольца 3 с вентилятором 11; наклонных плит 5; тянущих валков 6; системы промежуточных роликов 7, смонтированных на металлоконструкции 8, а также приемно-намоточного устройства 9.

Через отверстие в форме подается воздух под небольшим избыточным давлением. Выдавливаемый через кольцевую щель головки рукав раздувается до необходимого размера. В верхней части рукав 4 складывается наклонными плитами и плотно зажимается тянущими валками 6. Пленка в виде двойной плоской ленты наматывается на барабан 10, или каждое полотно наматывается на отдельный барабан. После раздувания рукава до необходимого диаметра подачу воздуха прекращают и толщину пленки окончательно регулируют изменением степени продольной вытяжки.

Поскольку в замкнутом объеме сохраняется постоянное количество воздуха, обеспечиваются стабильные размеры раздуваемого рукава (диаметр и толщина стенки). Рукав по выходе из кольцевой головки охлаждается снаружи воздухом, нагнетаемым вентилятором 11 в охлаждающее кольцо 3.

Е

Рис. 25. Экструзионная установка для производства рукавной пленки

ще один способ переработки полимерных материалов – ротационное формование. Этот метод переработки позволяет получать полые изделия разнообразных форм и размеров из термопластичных материалов, используемых в виде порошков пли пас (пластнзолей).

Н

Рис. 26. Схема ротационно формующего агрегата

а рисунке 26 представлен общий вид установки ротационного формования. В центре располагается камера нагрева (поз. 1), имеющая в двух сторон раздвижные ворота, через которые заводятся ротационные формы. В камеру по рельсам с двух сторон могут въезжать две тележки (поз. 2 и 3), на рычагах которых устанавливаются ротационные формы с сырьем. Обе тележки имеют три рабочие зоны ― загрузки,  нагрева (когда формы находятся внутри камеры нагрева) и охлаждения. В зоне охлаждения установлены вентиляторы (поз. 4).

Процесс ротационного формования отличается простотой и включает три основных стадии (рис. 27).

Рис. 27. Принципиальная схема ротационного формования

На первой из них I в холодную форму, представляющую собой полую раковинообразную конструкцию, загружается определенное количестно полимерного материала. Далее (стадия II) закрытую форму помещают в каме­ру нагрева, где и происходит собственно процесс формования.

Третья стадия III заключается и охлаждении формы с отформованным изделием, которое может осуществляться с помощью холодного воздуха или водяного тумана, при этом форма продолжает вращаться для полного и равномерного затвердевании полимера по всей поверхности формы. После завершения охлаждения форма раскрывается и готовое изделие извлекается из нес; благодаря усадке материала при охлаждении изделия процесс извлечения не вызывает затруднений.