Особенности получения изделий из полимерных материалов

Эпоксидные и полиэфирные (ненасыщенные) смолы отвер-ждаются при добавлении к ним катализаторов при нормальной или слегка повышенной температуре и нормальном давлении. Смола, перемешанная с катализатором, заливается в форму, в которой происходит полимеризация, приводящая к затвердеванию отливки. Этот метод не применяется для изготовления крупногабаритных изделий, их после добавления наполнителя формуют в прессформах при повышенном давлении. В прессформы можно помещать металлические, фаянсовые или другие элементы.

При литье полихлорвинила форма заполняется материалом, состоящим из смеси полимера в мелкозернистом состоянии с пластификатором, и затем нагревается до температуры 160--180° С для получения желатинообразной массы. В настоящее время этот метод применяется при производстве таких изделий, как обувь, пробки, куклы, и т. п., однако он может найти применение в будущем также для производства деталей машин.

Изложницы изготовляют из свинца, стекла или гипса; если прессформы не нагреваются, то они могут быть изготовлены из дерева или резины. Чаще всего прессформы изготовляют из свинца. Для этого металлическая деревянная или гипсовая модель погружается ненадолго в расплавленный свинец, после застывания свинца образовавшаяся на модели пленка из свинца снимается; она представляет собой тонкостенную, но достаточно прочную прессформу.

Кроме литья на ленту, применяют метод литья на вращающийся барабан и малопроизводительный метод литья на неподвижную основу (например, на бумагу).

2. ПРЕССОВАНИ: Основные понятия

прессование плитовое -- формование листов и пластин путем прессования материала между плитами многоэтажных прессов;

прессование под низким давлением -- формование изделий пуансоном, под давлением 35 кГ/см², в прессформах, заполненных материалом;

Фиг. 2. Литьевое прессование:

а -- прессформа открыта -- подготовлена к прессованию; б -- прессформа закрыта; в -- прессформа открыта, изделие вынимается; / -- прессматериал в загрузочной камере; 2 -- верхняя часть матрицы; 3 -- нижняя часть матрицы; 4 -- подводящий канал; 5 -- надлив; 6 -- поршень; 7 -- плита поршня; 8 -- экстрактор, извлекающий надлив из пресс-формы; 9 -- плита загрузочной камеры; 10 -- загрузочная камера; // -- вспомогательная плита; 12 -- втулка подводящего канала; 13 -- гнездо матрицы; 14 -- изделие; 15 -- плита нижней матрицы; 16 -- выталкиватель надлива; 17 -- выталкиватель изделия.

Исходный материал в виде зерен, гранул или порошка с соответствующим количеством пластификатора загружается в бункер 1 (фиг. 3), из которого, через невидимый на фигуре дозатор, отмеряющий определенное количество материала, поступает в цилиндр 2, где материал нагревается за счет тепла, идущего от кольцевого нагревателя 4.

Фиг. 3. Схема термопласт-автомата:

1 -- бункер; 2 -- нагнетательный цилиндр; 3 -- нагнетательный поршень; 4 -- нагреватели; 5 -- обтекатель (торпеда); 6 -- переходник; 7 -- прессформа; 8 -- каналы для охлаждения прессформы.

Для ускорения прогрева и перемешивания материала применяется обтекатель (торпеда) 5. При формовании впрыскиванием термопластические материалы нагреваются в цилиндре до температуры, лежащей в интервале между температурой размягчения и температурой течения. Пласти-цированный таким образом материал поршнем 3 впрыскивается ,в прессформу/, охлаждаемую водой, циркулирующей по каналам 8. При формовании впрыскиванием термореактивных материалов они нагреваются в цилиндре до температуры, несколько меньшей температуры отверждения (нагревается только та порция материала, которая впрыскивается в прессформу); во время прохождения через переходник 6 материал нагревается до температуры отверждения. Однако формование впрыскиванием термореактивных материалов до сих пор применяется редко. Из термопластических материалов описанным способом наиболее часто формуются: полиамиды, полиэтилен, полихлорвинилиден, полистирол и его сополимеры, этил-и ацетилцеллюлозные этролы.

В специальных условиях формованию впрыскиванием подвергаются низкомодифицированные полихлорвинил и полиметил-мгиниплат. Процесс впрыскивания зависит от типа формуемого термопластичного материала.

Кристаллические полимеры (полиамиды, полиэтилен) отличаются относительно высокой текучестью, поэтому прессформа должна быть очень плотной (зазор по диаметру должен быть мепее 0,05 мм); текучесть этих материалов способствует полному заполнению прессформы, в результате чего процесс формования занимает меньше времени, но при этом из прессформы должен быть удален воздух. Размягчение кристаллических материалов начинается при температуре плавления, поэтому перед прессованием материал должен быть подогрет именно до этой температуры. Указанные материалы после охлаждения в пресс-форме бистро затвердевают. Изделия из них отличаются высокой плотностью, а места соединения потоков незаметны.

Усадка кристаллических термопластических материалов высокая -- до 2% и зависит от ориентации кристаллов.

Аморфные материалы (полиметилметакрилат, полистирол, полихлорвинил, ацетилцеллюлозный этрол) размягчаются в достаточно широком интервале температур. Текучесть этих материалов меньшая, заполнение формы длится дольше, что позволяет вытеснить из прессформы воздух, поступающий в нее с материалом; и желательно дополнительное удаление воздуха, так как он оказывает отрицательное действие на способность этих материалов равномерно смешиваться в местах соединения потоков.

Конструкция типовой прессформы для впрыскивания изображена на фиг. 4. Основные ее части плиты 1 и 2 соединяются при помощи пальцев 3.

Литьевой материал поступает в прессформу через главный канал 4 во втулке 5, подающий литник 6 и сужение 7, и попадает в гнездо 8, в котором затвердевает в результате охлаждения пресс- формы водой, циркулирующей в отверстиях 9. Для извлечения изделия из прессформы служит толкатель. Плиты / и 2 прессформы устанавливаются на раму 10 и фиксируются при помощи шпильки //. В то же время плиты 12 и 13 толкателя могут быть приведены в движение. Боковые стержни 14 толкателя служат для выбрасывания изделия, а центральный стержень 15 -- для выбрасывания отвердевшего материала из подводящих литников.

Фиг. 4. Конструкция прессформы для формования впрыскиванием:

1 й 2 -- плиты; 3 -- направляющий палец; 4 -- главный питающий канал; 5 -- втулка; б -- литник; 7 -- сужение; 8 -- гнездо; 9 -- отверстия для охлаждения; 10 -- опорная рама; 11 -- шпилька; 12 и 13 -- плиты выталкивателя; 14 -- боковой стержень выталкивателя; 15 -- центральный выталкиватель; 16 -- стержень для возврата выталкивателя.

Стержни 16 предназначены для возвращения толкателя в исходное положение при закрытии прессформы. Расположение подводящих литников зависит от формы и размещения гнезд в прессформе. Площадь сечения подводящих литников зависит от типа литьевого материала и размеров формуемых предметов.

Во всех типах термопластавтоматов главными являются два механизма, а именно: нагнетательный и закрывающий форму. Важнейшими элементами нагнетательного механизма являются: бункер, дозатор, впрыскивающий цилиндр с поршнем, нагревательная камера с отверстием и элементы привода поршня, которые при гидравлическом приводе состоят из гидроцилиндра с поршнем и маслонасоса, а при механическом приводе -- из зубчатого редуктора. Для закрывания прессформы служит гидроцилиндр с поршнем, приводимый в движение маслонасосом. Полуматрицы прикрепляются к формовочным плитам, одна из которых неподвижная, а другая перемещается по направляющим. Существует несколько конструктивных решений термопласт-автоматов. В зависимости от вида энергии привода (для нагнетательного механизма и механизма, закрывающего прессформу) Термопластавтоматы можно разделить на ручные, механические, гидравлические, пневматические и смешанные. Термопластавтоматы бывают одно-, двух- и многоцилиндровые, а по расположению оси цилиндра -- горизонтальные и вертикальные; в зависимости от расположения плоскости разъема прессформы различают Термопластавтоматы с горизонтальным и вертикальным разъемом.

Размеры термопластавтомата определяются его емкостью, т. е. массой материала, расходуемого на одно впрыскивание (термопластавтоматы 30; 50; 100; 250; 500; 1000 гит. д.). Самые большие Термопластавтоматы позволяют получать изделия массой 17 кг. Термопластавтоматы с ручным приводом и управлением применяются исключительно в небольших мастерских, так как они имеют малую производительность, но низкую стоимость, а также просты в обслуживании. Термопластавтоматы с пневматическим приводом практически уже не употребляются из-за неплотного закрытия прессформы. Применяемые в настоящее время Термопластавтоматы с электромеханическим приводом имеют небольшую емкость (до 100 г); машины с большим весом приводятся в движение от гидравлического привода. Термопластавтоматы со смешанным приводом используют два вида энергии -- один для привода нагнетательного механизма. В мощных термопластавтоматах используется так называемая предварительная пластификация полимерных материалов, основанная на их нагреве и перемешивании до поступления в нагнетательный цилиндр.Формование впрыскиванием находит сейчас все более широкое распространение и поэтому во многих странах ведутся интенсивные исследования явлений, происходящих во время этого процесса.

1. Азарьев А.И. Гидравлические прессы и термопластавтоматы для изготовления изделий из пластмасс-- «Станки и инструмент» 1958, № 9.

2. В. Суровяк, С. Худзиньски Применение пластмассв машиностроении издательство М.: «Машиностроение » 1965

3. Технология производства изделия из платмасс: Учебное пособие / М.Г. Киселев, В.А. Юрчик, С.Д. Скарулис, и др.-- Мн.: УП «Технопринт», 2003. -- 152 с.