Сопло узла пластикации

Сопла могут быть как открытыми, так и с запорными устройствами. Открытые сопла рекомендуют­ся для переработки нетермостойких и высоковязких полимеров, таких как жесткий ПВХ, реактопласгы и эластомеры. Пример открытого сопла приведен на рис. 4.12.

Рис. 4.12. Шнек с простым наконеч­ником, используемый для переработ­ки жесткого ПВХ

Запирающиеся сопла можно использовать для предотвращения подтекания рас­плавленного полимера или образования нитей, кроме того, они позволяют работать с отодвигающимся узлом впрыска. Некоторые сопла приводятся в действие во вре­мя цикла, другие — управляются отдельно. Обычно в конструкциях сопла применяют игольчатые клапаны (рис. 4.15). Кла­пан открыт при отодвинутой игле (рис. 4.15) и закрыт, когда игла продвинута в со­пло (рис. 4.16).

Рис. 4.15. Игольчатый клапан в открытом положении

Рис. 4.16. Игольчатый клапан в закрытом положении

При изготовлении изделий литьем под давлением большое влияние оказывает правильно выбранный технологический режим. Это обеспечивает получение качественных изделий.

К основным параметрам относятся:

1. объем впрыска V_впр (ход шнека Н);

2. время дозирования

3. время пребывания в цилиндре

4. давление пластикации (противодавление) р_пл;

5. скорость вращения шнека N;

6. температура литья Т_л – температура, с которой материал поступает из инжекционного цилиндра в форму.

7. температура формы Т_ф – температура формующего инструмента;

8. давление литья р_л – величину давления литья устанавливают в гидроцилиндре машину. Задается диаграмма изменения давления литья в течение цикла;

9. давление формования (давление подпитки) р_ф – задается диаграмма изменения давления формования в течение цикла;

10. время выдержки под давлением τ_впд;

11. объемная скорость впрыска Q или обратная величина – время заполнения формы расплавом τ_з. Задается диаграмма изменения скорости впрыска по мере продвижения шнека вперед;

12. общая продолжительность цикла τ_ц.

Технологические параметры литья зависят от размеров и конфигурации изделий.
В зависимости от толщины стенки литьевые изделия условно можно разделить на три группы:

Первая группа - изделия тонкостенные сложной конфигурации.

Вторая группа – изделия общего назначения средних размеров.

Третья группа - изделия толстостенные простой конфигурации.

Для литья изделий первой группы, которые имеют повышенное гидравлическое сопротивление заполнению формы, применяют верхние значения рабочего диапазона технологических параметров литья: температуры литья Тл, температуры формы Тф, давления литья Рл, объемной скорости впрыска Q. Для литья изделий этой группы применяют низковязкие марки полимера, которые обладают хорошей формуемостью и легко заполняют формы сложной конфигурации.

Для литья изделий третий группы, которые имеют пониженное гидравлическое сопротивление заполнению формы, можно применять нижние значения рабочего диапазона технологических параметров литья: температуры литья Тл. температуры формы Тф, давления литья Рл, объемной скорости впрыска Q. Для литья изделий этой группы можно применять высоковязкие марки полимера, которые имеют повышенную молекулярную массу и повышенную ударную прочность.

1. Объём впрыска (ход шнека).

Объем впрыска или аналогичный параметр - ход шнека Н - зависят от размеров изделия и плотности полимерного материала.

Вес отливки G (в г) определяют по формуле:

G = V * p (3.1)

где V - объем отливки, см3;

р- плотность полимера (в г/см³) при комнатной температуре (20 0С),

Вес отливки G и ход шнека H связаны прямо пропорциональной зависимостью:

GК=НSp₁ (3.2)

где S - поперечное сечение шнека, см2;

p₁ - плотность полимера (в г/см3) при температуре литья;

К - коэффициент, учитывающий утечки материала в обратном направлении при впрыске, а также уплотнение материала в форме и подушку материала перед шнеком в конечном положении, K=1,2-1,25.

Объем впрыска зависит от размера изделия и плотности материала. Объем впрыска всегда корректируется с учетом утечек материала в обратном направлении при впрыске, подушки материала перед шнеком в конечном положении, уплотнения материала в форме.

Коэффициент К зависит от технологического состояния оборудования, особенно запирающего клапана на конце шнека. Если ход шнека задают меньше требуемого значения, возникают недоливы, пустоты, утяжины, коробление изделий.

Ход шнека должен быть таким, чтобы к концу периода выдержки под давлением перед шнеком оставалось «подушка массы» объемом не менее 3-5% объема подготовленного к впрыску материала. Шнек не должен доходить до своего крайнего положения. Только в этом случае обеспечивается передача давления в форму в течение времени выдержки под давлением t_ВПД и переток материала для подпитки.

Большие ходы шнека могут привести к получению пере­литых изделий. Кроме того, при больших ходах дозирования и впрыска воздух из материала в зоне загрузки не может уходить в направлении отверстия подачи сырья. Он остается в расплаве, уплотняется в зоне компрессии и приводит к серым или черным полосам (пригарам) в готовом изделии. Чтобы этого избежать, увеличивают противодавление.

Максимальный объем впрыска в шнеке указывается в описании машины для полисти­рола (ПС). У ПС, ПЭ, ПП, АБС, САН и ПММА при низких температурах цилиндра рекомендованное вре­мя пребывания материала в цилиндре может быть превышено на несколько минут, без риска термического повреждения массы. Но у ПА, ПЭТ, ПБТ, ПК/АБС и ПВХ-тв. рекомен­дованное время пребывания в цилиндре не должно превышаться

2. Под временем пребывания в цилиндре понимают время, которое нужно гранулам для прохода от отверстия подачи сырья в цилиндр до выхода в полость формы в виде расплава.

При больших ходах шнека и коротком времени цикла есть опасность слишком короткого времени пребывания расплава в шнековом цилиндре и тем самым получения недоста­точно однородного расплава.

При малых ходах шнека и относительно длинном времени циклов при определенных обстоятельствах получается слишком длительное время пре­бывания расплава в цилиндре, которое может привести к расщеплению материала, ухуд­шающему качество литого изделия, а также стабильность процесса.

В отношении времени пребывания расплава в цилиндре следует учитывать еще один важный аспект: чем больше диаметр шнека, тем больше также и требующееся время пре­бывания расплава в цилиндре, чтобы достичь сравнимой однородности.

3. Время дозирования - это время набора дозы материала. Пластикация должна выполняться для всех материалов с медленной скоростью вращения шнека, чтобы процесс пластикации был закончен лишь незадолго до окончания времени охлаждения.

Дозирование [D] Рис. 3.9: Поток пластикации в зависимости от величины хода дозирования

Рис. 3.9 показывает изменение потока пластикации в зависимости от величины хода до­зирования. При коротких ходах шнека из-за влияния пусковых режимов двигателя при­вода шнека поток пластикации меньше, чем у ходов шнека 1,5 - 2,5 Д, так как при этих ходах шнека режим запуска двигателя не оказывает почти никакого влияния, и эффек­тивная длина шнека идеальна У больших ходов шнека поток пластикации в соотноше­нии с длиной хода дозирования снова меньше, так как эффективная длина шнека, преж­де всего эффективная длина зоны загрузки становится короче

4. Противодавление шнека -это давление, с которым шнек сопротивляется давлению материала, собирающегося в сопле машины.

Регулировкой противодавления шнека меняется давление массы в шнековом цилиндре, благодаря чему втянутый с гранулятом воздух, находящий­ся в участке зоны загрузки, можно вытеснить в направлении загрузочного отверстия (Рис 3 12).

Рис 3 11 Давление массы в цилиндре пластификации во время дозирования

Рис. 3.12■ Протекание пластикации в цилиндре

Качество перемешивания расплава можно улучшить с помощью более высокого проти­водавления. Однако выбор слишком высокого противодавления ведет к более низкой производительности.

Легко текучие и легко плавящиеся материалы нуж­даются в более низком противодавлении, чем трудно текучие.

Правиль­ная высота противодавления для различных материалов указана в табл. 3.4

Табл 3 4 Рекомендуемые величины противодавления шнека для различных материа­лов

5. Скорость вращения шнека независимо от материала должна устанавливать­ся настолько медленной, чтобы процесс пластикации закончился незадолго до конца вре­мени охлаждения.

Рекомендуемая максимальная скорость вращения для соответствующего ма­териала не должна превышаться, чтобы предотвратить неоднородность в пластицированной массе и слишком высокую теплоту трения в массе Указание по рекомендуемой максимальной скорости вращения шнека приведено для шнека со стандартной геомет­рией (трехзонный шнек).

Табл 3 5 Рекомендуемые скорости вращения шнека и соответствующие им окружные скорости для различных пластмасс (Двигатель 1 высокое число оборотов, низкий вращающий момент, Двигатель 2 низкое число оборотов, высокий вращающий момент)

В зависимости от материала, диаметра, скорости вращения шнека, температуры цилин­дра и противодавления для равномерного процесса пластикации требуется определен­ный вращающий момент на шнеке. Наибольшее влияние на величину требуемого вращающего момента имеет материал. ПА, ПЭТ, ПБТ, ПЭ, ПП и ПС требуют малого вращающего момента, САН, ПММА и ПОМ - среднего, а АБС, ПК и ПВХ-тв. - высокого вращающего момента.

Материалы, которые требуют высокого вращающего мо­мента, допускают в принципе только низкую окружную скорость шнека, чтобы держать малой теплоту трения, подведенную к материалу. И наоборот материалы, которые до­пускают высокую окружную скорость, требуют низкого вращающего момента. Из этого следует, что для продукции из ПА, ПЭ, ПС и ПП может применяться не такой приводной двигатель, как для переработки труднотекучих материалов, таких как ПММА, АБС и ПК.

Второе по размерам влияние на требующийся вращающий момент имеет температур­ный режим на шнековом цилиндре. При низких температурах цилиндра (прежде всего, на фланце цилиндра и в зоне загрузки) и при большом ходе шнека требуется высокий вращающий момент. Обосновывается это тем, что относительно холодная масса из зоны загрузки попадает в зону сжатия и дозирования и вызывает резкий рост давления.

Температура литья (пластикации)

Температура пластикации должна быть выше температуры текучести полимера на 10 – 20°С. При более высоких температурах уменьшается вязкость расплава, облегчаются условия формования, повышается производительность литьевой машины, но увеличивается скорость термической и термоокислительной деструкции.

При повышении температуры расплава имеет место уменьшение вязкости, поэтому материал льется хорошо, с меньшим сопротивлением, лучше заполняет форму, а формуемое изделие в результате имеет лучшее качество поверхности. При повышенной температуре литья в меньшей мере проявляется ориентация макромолекул при течении расплава.

Однако, материал, поступающий с высокой температурой в форму, обладает большим запасом тепла. При плохой теплопроводности полимера охлаждение его в форме происходит в течение длительного интервала времени. В расплаве при этом возникают хорошие условия для релаксации напряжений, но повышение температуры расплава приводит к увеличению длительности охлаждения изделия в форме, а это ведет к уменьшению производительности машины. К тому же с увеличением температуры увеличивается усадка изделий, а это влечет за собой увеличение термических напряжений.

Повышение температуры расплава ведет к снижению плотности изделия, а это обуславливает снижение механической прочности, а также может привести к температурной деструкции материала и, следовательно, к ухудшению качества изделий.

Все эти факторы требуют применения минимальной температуры литья. С этой целью применяют предварительную пластикацию материала, в ходе которой достигается лучшая гомогенизация расплава при более низкой температуре.

При уменьшении температуры расплава увеличивается вязкость, возрастают сдвиговые усилия при течении полимера, увеличивается ориентация молекулярных цепей, а время релаксации снижается. Это приводит к тому, что изделия получаются более напряженными, что ухудшает качество изделий. С уменьшением температуры резко возрастает плотность изделий, связанная с более плотной упаковкой.

Поэтому в каждом конкретном случае необходимо подбирать оптимальную температуру.

Конкретная температура литья зависит от температуры стеклования полимера.

Примерную температуру литья можно получит из следующих соотношений:

- для аморфных полимеров (блочный ПС, УПС, УПМ, АБС, МСН (метилметакрилат+стирол+акрилонитрил), ПММА, ПК, ПФО (полифениленоксид), ПВХ):

- для кристаллических полимеров с и плотностью энергии когезии (ПЭНП, ПЭВП, ПП, СФД (сополимер формальдегида с диоксаланом), ПБТФ):

- для кристаллических полимеров с и плотностью энергии когезии (ПА-6, ПА-11, ПА-12, ПА-6,10, ПА-6,12, ПФ, ПЭТФ):

Важнейшим фактором повышения качества изделий при литье является достижение максимальной однородности температуры расплава. Максимальная непрерывность процесса нагрева расплава и максимальное его перемешивание создают наибольший эффект в температурной гомогенизации расплава. Чтобы устранить неравномерность нагрева в цилиндре применяют предварительную шнековую пластикацию. Равномерность температуры расплава зависит также от формы и равномерности размера гранул. Наиболее высокую однородность обеспечивают мелкие (3 мм) гранулы одинакового размера.