Основные технологии переработки полимерных материалов. Литье под давлением

Изготовление изделий из полимерных материалов (ПМ) осуществляется различными методами. В зависимости от состояния полимера (связующего) при формовании изделий, метода переработки полимерных материалов можно разделить на несколько групп:

· переработка в ВТС − формование изделий из литьевых и прессовочных композиций литьем под давлением, экструзией, каландрированием, горячим прессованием;

· переработка в БЭС − формование изделий из подогретых листов и труб пневматическими методами (вакуум-формованием, раздуванием, выдуванием) и горячим штампованием;

· переработка в твердом состоянии − механическая обработка на станках (вырубное штампование, вырезание, вытачивание, высверливание и др.);

· изготовление изделий непосредственно из жидкого мономера. Его применяют при изготовлении листов полиметилметакрилата (органическое стекло) полимеризацией мономера непосредственно в плоской форме. Таким же способом получают пенополиуретан, прочие методы переработки − сварку, спекание, склеивание.

Выбор метода переработки обусловлен конструкцией изделия и характером изменений ПМ при нагревании. Так, термопласты могут быть переработаны любым методом пластической деформации, а реактопласты в основном методом горячего прессования.

Наиболее удобным процессом для производства изделий из термоплас­тичных полимеров является процесс литья под давлением.

Литье под давлением – процесс, во время которого материал переводится в вязко-текучее состояние и затем впрыскивается под давлением в форму, где происходит оформление изделия. Методом литья под давлением производят штучные изделия массой от долей грамма до десятков килограммов. Этот способ является наиболее распространенным в переработке большинства промышленных термопластов. Кроме того, литьем под давлением производят изделия армированные, гибридные, полые, многоцветные, из вспенивающихся пластиков и др.

К основным достоинствам литья под давлением относятся:

- универсальность по видам перерабатываемых пластиков,

- высокая производительность,

- высокое качество получаемых изделий,

- возможность изготовления деталей весьма сложной конфигурации или тонкостенных изделий,

- отсутствие дополнительной обработки конечного продукта (за исключением операции удаления литников),

полная автоматизация процесса.

Недостатки метода:

- литьевые машины являются сложными и недешевыми устройствами, насыщенными современными техническими решениями;

- применение термопластоавтоматов для реализации конкретного технологического процесса требует квалифицированного технико-экономического обоснования.

Несмотря на то, что стоимость оборудования в этом процессе достаточно высока, его несомненным достоинством является высокая производительность. В этом процессе дозированное количество расплавленного термопластичного поли­мера впрыскивается под давлением в сравнительно холодную пресс-фор­му, где и происходит его затвердевание в виде конечного продукта.

Аппарат для литья под давлением изображен на рисунке 1. Процесс сос­тоит из подачи компаундированного пластического материала в виде гра­нул, таблеток или порошка из бункера через определенные промежутки времени в нагретый горизонтальный цилиндр, где и происходит его раз­мягчение. Гидравлический поршень обеспечивает давление, необходимое для того, чтобы протолкнуть расплавленный материал по цилиндру в фор­му, расположенную на его конце. При движении полимерной массы вдоль горячей зоны цилиндра устройство, называемое торпедой, способствует однородному распределению пластического материала по внутренним стенкам горячего цилиндра, обеспечивая, таким образом, равномерное распределение тепла по всему объему. Затем расплавленный пластический материал впрыскивают через литьевое отверстие в гнездо пресс-формы.

В простейшем виде пресс-форма представляет собой систему из двух частей: одна из частей движущаяся, другая — стационарная (см. рис.1). Стационарная часть пресс-формы фиксируется на конце цилиндра, а под­вижная снимается и надевается на нее. При помощи специального меха­нического устройства пресс-форма плотно закрывается, и в это время происходит вспрыскивание расплавленного пластического материала под давлением 1500 кг/см². Закрывающее механическое устройство долж­но быть сделано таким образом, чтобы выдерживать высокие рабочие давления. Равномерное течение расплавленного материала во внутренних областях пресс-формы обеспечивается ее предварительным нагревом до определенной температуры. Обычно эта температура несколько ниже температуры размягчения прессуемого пластического материала. После заполнения формы расплавленным полимером ее охлаждают циркулирую­щей холодной водой, а затем открывают для извлечения готового изделия. Весь этот цикл может быть повторен многократно как в ручном, так и в автоматическом режиме.

Рисунок 1 Схематическое изображение процесса литья под давлением

1 — компаундированный пластический материал; 2 — загрузочная воронка; 3 — поршень; 4 — электрический нагревательный элемент; 5 — стационарная часть формы; 6 — подвижная часть формы; 7 — основной цилиндр; 8 - торпеда; 9 - размягченный пластический материал; 10 — пресс-форма; 11 - изделие, сформованное методом литья под давлением