пластмассы 2010 (Что-то вроде лекций или метод), страница 2

Влажность и летучие материалы, содержащиеся в литьевых материалах, влияют на качество изделия. При большом содержании влаги и летучих веществ в материале образуются пузыри и другие дефекты, требуется большее время выдержки под давлением в процессе прессования, в результате чего уменьшается производительность. Недостаток влаги, выполняющий роль связки, ухудшает условия таблетирования и прессования.

Содержание влаги и летучих веществ определяется взвешиванием порции материала до нагревания и после нагревания в термостате.

Скорость отверждения термореактивных пластмасс – это время в секундах, необходимое для отверждения 1 мм толщины детали.

Насыпная плотность, гранулометрический состав, сыпучесть и др. –объемные характеристики сыпучих материалов в твердом состоянии, определяющие процессы дозирования, уплотнения гранул или порошка (например, при прессовании и пластификации), слеживание (при хранении)

Валик юстировочного сопротивления

Материал К-18-2

Способ получения - литье под давлением

Крышка специального прибора

Материал ДСВ

Способ получение – литьевое прессование

2. Переработка пластмасс в изделия

Основные способы изготовления пластмассовых деталей в оптическом приборостроении – литье под давлением и прессование. Изделия, полученные этим способом, имеют очень чистую поверхность, точные размеры и не требуют дальнейшей механической обработки.

Литье под давлением является наиболее эффективным и производительным способом массового производства деталей из пластмасс. Область применения этого способа расширяется в связи с появлением машин для переработки не только термопластических, но и термореактивных материалов.

Термопластмассы для литья под давлением выпускаются химической промышленностью в гранулированном виде. В приборостроении детали отливаются из полиэтилена, полистирола, капрона, полиамидов и других материалов. Литье под давлением пластмасс осуществляется по тому же принципу, что и литье металлов

Рис.4 Схема литья под давлением

1. форма, 2- деталь, 3- сопло, 4- обогреватель, 5- нагревательный цилиндр, 6- дозирующий плунжер, 7- бункер, 6- прессующий поршень.

. На рис.4 дана схема литьевой машины без предварительной пластификации материала. Гранулированное сырье из бункера 7 подается дозирующим плунжером 6 в нагревательный цилиндр 5, который имеет электрообогрев 4. При движении прессующего поршня 8 порция сырья подается в зону обогрева, а порция уже расплавленного или, как называют пластифицированного материала, через сопло 3 и литниковые каналы поступает в полость формы 1.

Литьевые машины полностью автоматизируются и классифицируются по максимальному весу литой детали.Выпускаются автоматические машины ЛМ30, 50, 100, 250, 500 и 1000, имеющие гидравлический привод.

Большое значение для получения качественных изделий имеет выбор температурного режима литьевого цикла. Температура формы обычно поддерживается на уровне 40 – 60°С. Для предупреждения перегрева форм применяется принудительное водяное охлаждение.

Обычное и литьевое прессование применяется для формирования изделий из термореактивных материалов при повышенной температуре, которая обеспечивает их размягчение до вязко-пластичного состояния, а потом ускоряет отверждение отформированной детали.

Обычное прессование осуществляется на гидравлических прессах в прессформах, рис.5.

Рис.5 Схема обычного прессования

1,4- обогревающие плиты, 2- матрица , 3- направляющие колонки, 5- деталь, 6- плунжер, 7- плита, 8- гранулы, 9- выталкивающая плита.

Прессматериал 8 помещается в обрамляющую полость прессформы, состоящей из матрицы 2 и пуансона 6, нагретую до температуры 150 – 200°С. Под действием температуры прессматериал приобретает пластичность и под действием давления распределяется по оформляющей полости. Для порошковых материалов (К-15-2, К-18-2, монолиты, фенолиты, аминопласты и др.) применяется давление 150 – 200 кг/см2, а для волокнистых материалов - 250 – 350 кг/см2. Прессование из высокопрочных стекловолокнистых материалов АГ-4В и АГ-4С производится под давлением 400 – 500 кг/см2.

Отформированное изделие 5 выдерживется под давлением 5 – 10 минут. Время выдержки зависит, главным образом, от толщины изделия и составляет 1 – 1,5 минут на 1 мм толщины.

В массовом производстве применяются стационарные прессформы с собственным обогревом, который осуществляется электрическими нагревательными элементамиЭ расположенными в плите обогрева 7 пуансона и в плите обогрева 1 матрицы. Стационарные прессформы имеют атоматическую выталкивающую систему 9. Центрирование матрицы и пуансона осуществляется с помощью направляющих колонок 3.

В мелкосерийном производстве используют сменные прессформы, сборка которых осуществляется вне пресса. Нагрев таких прессформ происходит после установки на пресс, имеющий специальные платы обогрева.

Преимущества способа:

1) Простая конструкция формы, 2) Более высокая механическая прочность изделий, 3) Простой технологический процесс.

Недостатки способа:

1) Возможность повреждения тонких оформляющих деталей прессформы, 2) Возможность повреждения арматуры изделий, 3) Образование облоя в плоскости разъема прессформы, 4) Невозможность изгоовления изделий с отверстиями малых диаметров, 5) Невысокая точность деталей.

Обычно точность размеров деталей в пределах 12 – 14 квалитета, шероховатость поверхности

Литьевое прессование также осуществляется на гидравлических прессах в прессформах.

Рис.6 Схема литьевого прессования

1- деталь, 2- литник, 3- разъемная подвижная матрица, 4- плунжер, 5- гранулы, 6- прессостаток, 7- загрузочная камера, 8- полость формы, 9- толкатель, 10-корпус.

На рис.6. показана прессформа для литьевого прессования. Она состоит из подвижного пуансона 4 и подвижной матрицы 3, помещенной в корпус 10.. Прессматериал 5 подается в загрузочную камеру 7, где он плавится и под действием пуансона 4 через литниковую систему 2 перегоняется в полость 8 прессформы в равномерно размягченном состоянии. После выдержки деталь 1 затвердевает, и матрица толкателем 9 выталкивается из корпуса для извлечения детали.

Преимущества литьевого прессования перед обычным следующие:

1) заполнение полости прессформы происходит при малом давлении, поэтому арматура не деформируется и не сминается; давление в полости формы в загрузочной камере выравнивается и доходит до 1500 – 2000 кг/см2.только после заполнения всей полости,

2) температура материала при выдавливании его из загрузочной камеры через литниковые каналы повышается; материал равномерно прогревается и поступает в полость в полужидком состоянии, поэтому можно получить изделия сложной конфигурации с разной толщиной стенок, глубокими отверстиями и т.д.,

3) точность размеров изделий соответствует 11 квалитету, так как материал заполняет прессформу, когда она находится в замкнутом состоянии,

4) износ формообразующих поверхностей прессформы меньше.

Недостатки способа:

1) пониженая механическая прочность изделия,

2) можно применять прессмассу с высокой текучестью (> 100 мм)

3) увеличенный расход прессмассы на прессостаток 6 и литники,

4) большая трудоемкость изготовления прессформы, чем при обычном прессовании.

Технология формования кристаллизующихся полимеров

При литье под давлением расплав кристаллизующегося полимера охлаждается в результате теплопередачи к более холодным стенкам литьевой формы и кристаллизуется. В различных смесях по поперечному сечению стенки детали скорость охлаждения материала Vохл = ∂T/∂t от температуры To, с которой он поступает из нагревательного цилиндра, до температуры кристаллизации Tкр различна (рис.6)

Рис.6 Влияние скорости охлаждения Vохл при кристаллизации на структурообразовании см. рукопись

I – ламелярные кристаллы

II – неразвитые сферолиты

III – сферолиты

Скорость охлаждения материала в слоях, соприкасающихся со стенками формы, наибольшая. По направлению к центру детали она уменьшается.

Скорость охлаждения при кристаллизации оказывает существенное влияние на структурообразование полимеров.

В поперечном сечении литых изделий можно выделить три структурных области (слоя).

Первый слой – поверхностная оболочка (δ) образуется в период заполнения формы. Ее толщина равна толщине охлажденного слоя, получившегося за период заполнения формы.

Второй слой (β) формируется в период нарастания давления.

Третий слой – центральный слой (φ) образуется в период спада давления из-за затвердевания литника

Доля ориентированных кристаллов

Рис.7. Структурные слои в поперечном сечении литейных изделий

В качестве критерия, характеризующего эксплуатационные свойства изделий из кристаллических полимеров, принимаются отношения площадей отдельных слоев к площади поперечного сечения детали

Sφ/S

Три группы Sφ/S < 0,2, Sφ/S > 0,35 и между ними

Влияние технологических параметров на слоевую структуру

Рис.8. Влияние температуры материала To, формы Tф скорости впрыска V и давления P на толщину слоев: а) – наружного; б) – среднего, в) – внутреннего.

Рисунки

Базовые марки пластмасс

Основой марочного ассортимента полимеров являются базовые марки, различающиеся вязкостью.

Каждый метод переработки пластмасс требует определенной вязкости материала, зависящей от гидродинамики процесса.

Вязкость расплава зависит от его молекулярной массы.Используют полимер, имеющий молекулярные массы в интервале М₁ – М₂. Нижний предел интервала молекулярных масс, в котором создают базовые марки ограничен массой М₁, начиная с которой материал проявляет свойства высокомолекулярных соединений – имеет хорошие эксплуатационные свойства (см. рис.1)

Рисунок

Рис.9. Зависимость вязкости расплава и механических свойств от молекулярной массы полимера.см. рукопись

Группа марок, предназначенных для одного метода переработки, включает марки, предназначенные для получения изделий разных характерных групп. Они также различаются по вязкости, так как гидродинамика процессов формования изделий, различающихся по конфигурации и размерам, требует разного уровня вязкости. Например, для получения литьем под давлением тонкостенных изделий очень сложной конфигурации нужна очень низковязкая марка полимера, для тонкостенных – низковязкая, для изделий средней толщины – средневязкая и т.д. см. рис.2

Каждая марка с более высокой вязкостью (молекулярной массой) имеет и более высокие показатели отдельных эксплуатационных свойств, например, ударной прочности, жесткости и т.д.