Механические свойства изделий из кристаллизующихся полимеров связаны со слоевой структурой. Зоны центральная и средняя по механическим свойствам мало отличаются. Поверхностная зона оказывает решающее значение на свойства изделия и ее учитывают в расчетах на работоспособность в зависимости от структуры.
Влияние технологических параметров на слоевую структуру изделий
Эти параметры влияют на структуру, размеры слоев и зон изделий из кристаллизирующихся полимеров и их свойства. Требуемую структуру с заданными размерами зон и слоев в зависимости от условий эксплуатации изделия можно получить путем выбора технологических параметров.
Толщина поверхностной зоны зависит от температуры материала То и прессформы Тф и времени ее заполнения. Увеличение То и Тф уменьшает толщину этой зоны, а увеличение времени заполнения увеличивает ее. Толщина средней зоны также будет меньше при повышении То и Тф и времени впуска; повышение давления Р и времени выдержки увеличивают толщину средней зоны. Толщина центральной зоны увеличивается с увеличением То и Тф и практически не зависит от заполнения, давление оказывает незначительное влияние на нее.
4.2.4. Температурно-временная область переработки полимеров
Эту область необходимо выбирать с таким расчетом, чтобы процесс переработки был стабильным и изделия получали со стабильными показателями качества. Эти показатели получают при назначении температуры и времени переработки в таких пределах, когда возможно полное исключение колебания вязкости полимера из-за термоокислительной и гидролитической деструкции.
Температурно-временную область переработки полимера определяют по зависимости термостабильности от температуры (или начала деструкции материала при выдержке); в этом случае строят температурно-временную область переработки полимера без протекания деструкции ( термоокислительной или гидролитической); на рис.15 рихована область переработки. В технологической практике возможно отклонение температуры на 10-15 К, поэтому фактически задают температуру переработки ниже на 10-15 К. Время действия температуры в литьевом оборудовании определяют по уравнению: tт=tц*m/mo, где m и mo - масса материала в нагревательном цилиндре и масса материала одной детали, tц - время цикла (специально рассчитывают).
Здесь возникает возможность характеризовать перерабатываемость полимера интервалом температур (между максимальной и минимальной, рис.15). С учетом всех технологических условий для надежной переработки период термостабильности полимера в этом температурном интервале должен быть не менее 15 мин. При этом условии наибольшую температуру задают при периоде термостабильности 15 мин.
Полимер хорошо перерабатывается при интервале температур Тмах - Тмин = DТ > 50 К, удовлетворительно, если DТ = 30-50 К и трудно при DТ < 30 К.
Для обеспечения качества изделий при переработке нетермостабильных полимеров (DТ < 30 К) необходимо использование марочного ассортимента полимеров по вязкости, позволяющего строго регламентировать температурный режим формования. При переработке в узлах машины и инструмента не должно быть застойных зон, а после остановки оборудования должны тщательно очистить все узлы от оставшегося материала, так как в местах длительного температурного воздействия возможна деструкция материала.
4.2.5. Характеристика способов горячего формования
Литье под давлением применяют для изготовления деталей из термо- и реактопластов.
При литье под давлением (рис.16) материал в гранулированном или порошкообразном виде поступает в пластикационный цилиндр литьевой машины, где прогревается и перемешивается вращающимся шнеком (в шнековых машинах). В поршневых машинах пластикация осуществляется только в результате прогрева. При переработке термопластов цилиндр нагревают до 200-350 С, при переработке реактопластов до 80-120 С. Пластифицированный материал при поступательном движении шнека или плунжера нагнетается в литьевую форму, где термопласты охлаждаются до 20-120 С (в зависимости от марки), а реактопласты нагреваются до 160-200 С. В прессформе материал выдерживают под давлением для уплотнения, что значительно снижает усадку при охлаждении вне формы.
Объем изделий ограничивается объемом материала, который может быть вытеснен червяком или поршнем при наибольшем ходе.
В разновидности метода, называемом ИНТРУЗИЕЙ, возможно на той же машине изготовить изделия значительно большего (в 2-3 раза) объема. При обычном режиме литья под давлением материал пластицируется вращающимся червяком, а нагнетается в форму невращающимя червяком при поступательном его движении. При интрузии пластикационный цилиндр снабжается соплом с широким каналом, позволяющим материалу перетекать в форму при вращении червяка до начала его поступательного двидения. Общая длительность цикла не увеличивается благодаря частичному совмещению отдельных переходов. Метод отличается высокой производительностью.
Литье под давлением термопластов и реактопластов имеет некоторую специфику. При литье под давлением термопластов молекулы материала ориентируются в направлении течения, что сопровождается упрочнением материала в направлении течения. Поток расплава термопласта в форме расширяется и перпендикулярно направлению течения в нем возникают ориентационные напряжения - этоя является еще одной причиной возникновения остаточных напряжений - различие в скоростях и степени охлаждения материала в поверхностных и внутренних слоях.
Ориентационные напряжения в готовом изделии уменьшить не удается, уменьшение их достигается путем подбора рабочих элементов конструкции прессформы. При литье деталей из линейных полимеров следует учмтывать ориентацию молекул и место спаев потоков материала в зависимости от варианта расположения литника (рис.17), где свойства детали отличаются. При действии сжимающих эксплуатационных нагрузок следует использовать вариант по рис.17, а, при действии изгибающих нагрузок,перпендикулярных длине - по рис. 17, г. На рис.18 представлены схемы движения расплава и места спаев полимера при различных литниковых системах. В местах спая обычно получают ухудшенные механические и многие другие свойства.
Термические напряжения можно снизить либо уменьшением перепада температур между материалом и прессформой, либо при последующем нагреве готовых изделий.
В ходе процесса под действием высоких температур и механических напряжений может происходить деструкция материала. Усадка в прессформе частично компенсируется ее подпиткой расплавом, находящимся под давлением при охлаждении формы, поэтому основная усадка происходит после извлечения из формы изделия. Ориентация макромолекул при литье обусловливает и анизотропию усадки вдоль и поперек направления течения расплава.
Режимы переработки некоторых термопластов представлены в таблице 3.
Таблица 3
Режимы литья под давлением термопластичных пластмасс
| Материал | Предварительная обработка | Температура, С | Давле-ние, МПа | Выдержка под давлением в прессформе, С | Термооб-работка | |
| в камере сжатия | пресс-формы | |||||
| Полисти-рол блочный эмульсионный | Таблетирование и сушка при 160-180 С в течение 30-60 мин. | 190-215 | 25-40 | 80-150 | 30-60 | Медлен-ный нагрев до 65-80 С и выдержка 1-3 ч |
| Полиамид 68(П54, П548) | Сушка при 70 С в течение 30-50 ч | 190-265 | 50-130 | 20-175 | 15 | - |
| Полипро-пилен | - | 180-250 | 120-150 | 80-120 | - | Медленное охлаждение |
При литье под давлением реактопластов должны строго регулировать температуру. При превышении оптимальной температуры происходит отверждение материала до заполнения формы. При пониженной температуре реактопласт плавится долго. Качество изделий не уступает по физико-механическим характеристикам изделиям, формованным другими методами.
Реактопласты льют под давлением реже, чем термопласты. Однако этот метод прогрессивен. Благодаря интенсивному перемешиванию материала в процессе подогрева скорость и степень отверждения материала при литье под давлением выше, чем при прессовании. Наиболее эффективен метод при изготовлении толстостенных изделий.
6.3. Прессование. Этот метод применяют преимущественно для формования реактопластов. В производстве используют две разновидности прессования: 1) прямое (открытое, компрессионное) прессование и 2) литьевое (трансферное) прессование (пресслитье).
При прямом прессовании (рис.19,а) в загрузочную камеру матрицы раскрытой прессформы загружается материал. При закрытии формы материал пластифицируется за счет нагрева от рабочих частей, заполняет оформляющую полость и отверждается. После разъема формы изделие из формы выталкивается.
Прямому прессованию отдают предпочтение при изготовлении точных простых деталей, переработке высоконаполненных материалов, производстве деталей максимально чистого цвета и деталей весом более 1 кг. По поверхности разъема при прямом прессовании возникает облой (рис. 20). Прямое прессование малопроизводительный способ производства.
Прямое прессование выполняется на гидравлических прессах, управление прессов полуавтоматическое; автоматически и точно регулируется температура с точностью 2 С и время выдержки с помощью установки “МАРС-200Р”.