Производство обуви методом литья под давлением
3.5 Производство обуви методом литья под давлением
Во многих странах широко применяется метод литья обуви из резины и термопластичных материалов. Ленинградский завод резиновой обуви ЛПО «Красный треугольник» был одним из создателей этого метода в отечественной практике. Сущность его заключается в том, что в закрытую полость пресс-формы впрыскивают дозу разогретого и пластифицированного полимерного материала. Если материал является эластомером (резиновая смесь), в пресс-форме происходит вулканизация изделия, если же материал термопластичен (ПВХ, ТЭП), то пресс-форма интенсивно охлаждается для устранения излишней пластичности термопласта.
Существует много конструкций литьевых машин, но все они имеют следующие узлы и механизмы: литьевую головку, устройство для дозирования, пресс-форму, системы обогрева и охлаждения, привод литьевой машины и пульт автоматической системы управления.
Литьевые машины выпускает ряд зарубежных фирм: «Штюббе» и «Десма» (Германия), «Сефом» (Франция), «Энгель» (Австрия), «Оттогалли» (Италия) и др.
Производство обуви методом литья под давлением имеет важные преимущества перед другими существующими методами: повышается производительность за счет сокращения времени вулканизации; улучшается качество резиновой обуви; ликвидируются операции изготовления заготовок; уменьшаются отходы материалов; появляется возможность полной механизации и автоматизации процессов.
Применение термопластичных материалов исключает необходимость подготовительного процесса. Изготовление обуви из них начинается на литьевом автомате и на нем заканчивается. Метод литья обуви из термопластичных материалов дает значительную экономию энергетических затрат, так как исключается процесс вулканизации. Производительность труда на одного работающего при этом методе в 2 раза выше, чем при методе формования, и в 9 раз выше, чем при методе клейки.
3.5.1 Производство обуви из резиновых смесей методом литья
При реализации процесса литья под давлением отпадает необходимость в изготовлении и сборке резиновых деталей, так как резиновая смесь в виде заготовки простой конфигурации (ленточка, жгут, гранулы) автоматически подается в литьевой узел.
В цилиндре литьевой машины резиновая смесь пластицируется, разогревается и после перехода в вязкотекучее состояние под давлением впрыскивается в закрытую нагретую пресс-форму, которая движется по кругу и автоматически размыкается после окончания цикла вулканизации.
Рекомендуемые материалы
До последнего времени в мировой практике не имелось опыта изготовления цельнорезиновой обуви на текстильной подкладке методом литья под давлением, за исключением отдельных экспериментов по литью галош на ЛПО «Красный треугольник» еще в 30-х годах, и рекламных данных немецких фирм «Штюббе» и «Десма» о разработке оборудования для литья сапог. Однако, несмотря на широкую рекламу, эти агрегаты для литья сапог высотой до 450 мм были изготовлены всего в одном экземпляре, и опыт их эксплуатации не увенчался успехом, так как не удалось получить изделия стабильного качества.
Сложность проблемы литья высокой резиновой обуви состоит в том, что в отличие от термопластов, которые при переработке методом литья под давлением вследствие разогрева переходят в истинно вязкое состояние (расплав), каучук и резиновые смеси характеризуются высокой вязкостью вследствие большой молекулярной массы эластомеров, и при их переработке развиваются большие высокоэластические деформации релаксационного характера.
В связи с этим для переработки резиновых смесей применяется литьевое оборудование, обеспечивающее более высокие давления литья при заполнении пресс-формы, а запирающее формы устройство обеспечивает при этом повышенные усилия смыкания в момент литья и вулканизации. Вулканизация требует выдержки изделия в течение определенного времени при высоких температурах нагрева формы.
Наличие текстильной подкладки с высокоразвитой поверхностью, а также сложная форма высокой резиновой обуви оказывает существенное влияние на реологическое поведение резиновых смесей и параметры процесса переработки, что в свою очередь требует как создания специального литьевого оборудования, так и синтеза резиновых смесей со сложным –комплексом свойств.
Эти трудности являются основными причинами отсутствия в мировой практике опыта изготовления эластичной резиновой обуви на текстильной подкладке методом литья под давлением.
3.5.2 Производство обуви из термопластичных материалов
Процесс переработки термопластичных материалов при литье обуви под давлением состоит в пластикации и плавлении гранулированного полимера в инжекторе литьевой машины, впрыске расплава в форму при высоком давлении и окончательном формировании изделия при охлаждении расплава в форме.
Применение высокого давления при литье необходимо не только для осуществления впрыска материала в форму, но и в основном для компенсации усадки при охлаждении. Чем выше давление литья, тем в меньшей степени происходят усадочные явления, так как за счет сжимаемости полимерного расплава при высоком давлении частично или полностью компенсируется уменьшение объема при резком охлаждении. Если эта компенсация происходит лишь частично, то применяют дополнительное нагнетание в пресс-форму расплава полимера давлением на начальной стадии охлаждения (дополнительную подпитку).
Наряду с давлением расплава полимера важнейшим технологическим параметром работы литьевых установок является температура материала, которая существенно меняется на разных стадиях процесса переработки, начиная с предварительного подогрева холодных гранул материала в специальном устройстве.
Еще одним важнейшим параметром процесса является продолжительность цикла литья—основной фактор, определяющий не только технологический режим литья, но и производительность установки. Резервы времени для увеличения производительности заключены в технологической части цикла, которая в основном определяется временем литья и охлаждения.
В качестве материала для литья обуви в отечественной и зарубежной практике в основном используются пластифицированные композиции поливинилхлорида.
При литье обуви используются две основные схемы литья: простое однослойное литье и многослойное, так называемое сэндвич-литье. Однослойное литье может применяться при изготовлении относительно простой по конструкции обуви, например полусапожек, невысоких туфель, сандалий, детской обуви. При этом в составе агрегата находится одна литьевая машина, а материал заполняет пресс-форму через один литьевой канал (литник). Примером такого оборудования являются агрегаты типа ТПН-10 и Н-6.
Многослойное литье состоит в поочередном впрыскивании двух и более расплавов полимеров из двух и более литьевых устройств в литьевую форму.
Принципиальное отличие процесса производства обуви из композиций ПВХ методом литья под давлением заключается почти в полном исключении закройно-заготовительного и подготовительного производства. Обувь, выпускаемая методом литья из ПВХ, состоит из внутреннего текстильного каркаса и наружного слоя ПВХ. Но так как требования к верху обуви и подошве различны, для их изготовления применяют ПВХ разных марок: для верха—ПЛ-1, для подошвы и каблука—ПЛ-2 (таблица 3.8).
Т а б л и ц а 3.8—Рецептуры композиций ПВХ
| Наименование компонентов | Количество компонентов | |
| ПЛ-1 | ПЛ-2 | |
| ПВХ М-64 или С-63 | 100 | — |
| ПВХ С-70 | — | 100 |
| Диоктилфталат | 100 | 100 |
| Стеараты | 1 | 1 |
| Дифенилпропан | 0,1 | 0,1 |
| Эпоксидная смола | 2 | 2 |
| Красители (технический углерод, пигменты, титановые белила и т.д.) в зависимости от цвета и оттенка | 0,01¸0,50 | 0,01¸0,50 |
Композиции ПВХ поступают на предприятия в виде гранул различных цветов. Гранулы ПВХ упакованы в двухслойные мешки (внутренний из полиэтилена, наружный из бумаги или текстиля), для защиты ПВХ от влаги. Перед пуском в производство ПВХ проверяют следующие его показатели:
| ПЛ-1 | ПЛ-2 | |
| Термостабильность при температуре 175±10С, мин | 100 | 100 |
| Показатель текучести расплава при 1700С | 20 | 1 |
Перед тем как засыпать ПВХ в расходные бункеры литьевого автомата, его выдерживают в производственном помещении не менее 12 часов.
Технологическая схема производства сапог из ПВХ методом литья под давлением представлена на рисунке 3.10.
В качестве подкладки сапога применяют чулок, сшитый или из трикотажной трубки плюшевого переплетения, или из кроя трикотажного двухластичного технического полотна. Трикотажная трубка поступает на завод в рулонах. Перед раскроем она раскатывается в настил и подвергается вылежке в течение суток. При раскрое подкладки делают два реза: под углом 450 и поперечный по шаблонам, указанным в спецификации на изделие. Сборку подкладки-чулка производят на двух швейных машинах фирмы «АЛИМАТ», расположенных под углом 900 друг к другу. На первой швейной машине выполняется продольный шов по всей длине отреза, а на второй—поперечный, перпендикулярный первому. Сшитая подкладка в пачках по 10 штук подается к литьевому автомату.
Для изготовления сапог методом литья из ПВХ применяют литьевые автоматы «Десма 609/10». После запуска автомата в работу технологический процесс протекает автоматически в определенном рабочем цикле. Длительность рабочего цикла определяется временем, затрачиваемым на перемещение формоносителя из одного положения в другое. В зависимости от типа выпускаемой обуви время такта составляет 17¸23 с. Рабочий цикл включает в себя:
надевание подкладки-чулка на сердечник пресс-формы,
; подтяжку подкладки на штыри,
; смыкание полуформ,
; впрыск композиции ПВХ для верха обуви,
; перемещение пуансонного щита в положение впрыска подошвы,
; впрыск композиции ПВХ для подошвы,
; открытие пресс-формы, снятие сапога с сердечника и навешивание его на штырь тележки.
1—участок сборки подкладки-чулка на швейных машинах ф. «Алимат»,
2—склад композиций ПВХ,
3—бункер для загрузки ПВХ,
4—литьевой агрегат,
5—карусельный стол,
6—машины для обрезки излишков подкладки и ПВХ по верху голенища,
7—ленточный конвейер,
Ι—контроль качества,
ΙΙ—вкладывание стелек,
ΙΙΙ—подбор в пары,
ΙV—упаковка в короба,
V—упаковка в ящики, маркировка, отправка на склад.
Рисунок 3.10—Схема технологического процесса литья сапог из ПВХ
Основные технологические параметры литья приведены в таблице 3.9
Т а б л и ц а 3.9—Основные технологические параметры литья
| Показатели | Композиции на основе ПВХ для | ||
| верха обуви | низа обуви | ||
| импортные | отечественные | ||
| Температура обогрева литьевых машин по зонам шнека, 0С: | |||
| первая зона | 165±10 | 165±10 | 165±10 |
| вторая зона | 170±10 | 170±10 | 175±10 |
| третья зона | 180±10 | 180±10 | 185±10 |
| сопло | 175±10 | 175±10 | 175±10 |
| Давление впрыска, МПа | 4,2±0,3 | 1,5±0,3 | 1,2±0,3 |
| Давление пластикации, МПа: | |||
| 1 ступень | 1,5 | 1,0 | 1,0 |
| 2 ступень | 2,5 | 1,5 | 1,5 |
| Время дополнительного нагнетания, с | 2,0±1,0 | 2,0±1,0 | 2,0±1,0 |
| Давление дополнительного нагнетания, МПа | 1,5 | 0,5 | 0,5 |
Режим литья ПВХ при производстве сапог следующий:
| Температура смеси при впрыске, 0С | 180±10 |
| Время цикла, с | |
| для сапог | 21±2 |
| для сапожков | 19±2 |
| Температура эмульсии при охлаждении сердечников, 0С | 20 |
| Давление эмульсии при охлаждении сердечников, МПа | 0,4 |
| Температура сердечников, 0С: | |
| пяточная часть | 20±5 |
| носочная часть | 40±5 |
| Температура полуформ, 0С: | |
| верх | 60±5 |
| низ | 50±5 |
Литьевой автомат обслуживают 3 оператора. Они выполняют ручные операции рабочего цикла, пускают и останавливают литьевой автомат, контролируют параметры технологического процесса.
Первый оператор берет подкладку и натягивает ее на носочную часть сердечника, не закрепляя на шпильки. После поворота стола сердечник с подкладкой подходит ко второму оператору. Пресс-форма с готовым сапогом открывается на рабочем месте у первого оператора, который снимает сапог, проверяет его качество и вешает на штырь стоящей рядом тележки.
Второй оператор натягивает подкладку-чулок, расправляет, чтобы не было складок и натягивает подкладку на шпильки. Он же извлекает отходы ПВХ из литниковых отверстий пресс-формы. После размельчения на специальной машине литники снова используют в производстве.
Третий оператор засыпает гранулы ПВХ в бункер литьевых машин, обеспечивает первого оператора подкладкой-чулком, останавливает и пускает литьевой автомат, следит за параметрами технологического процесса.
Чтобы физическая нагрузка операторов была более равномерна, они через 1,5¸2 ч меняются рабочими местами.
Надетый на стержень тележки сапог находится в таком положении не менее 40 мин для охлаждения и стабилизации. В это время не следует изделие брать в руки и перемещать, так как возможна его деформация.
Готовые изделия поступают в сортировочно-упаковочное отделение для обрезки излишков по верху голенища и разбраковки. В годную продукцию вкладывают утепленную стельку, после чего сапоги подбирают в пары. Обувь укладывают в картонные коробки или деревянные ящики и отправляют на склад готовой продукции.
Несомненными преимуществами ТЭП по сравнению с ПВХ являются высокая эластичность при пониженных температурах эксплуатации, низкая плотность, а также относительно низкий уровень выделения летучих и токсичных веществ в процессе переработки. Однако низкая температуростойкость ТЭП, особенно бутадиен-стирольных, даже при относительно небольшом повышении температуры требует особо тщательного подхода при выборе как состава композиций, так и области их применения в производстве резиновой обуви.
По реологическому поведению термоэластопласты также существенным образом отличаются от ПВХ.
Изучение особенностей реологического поведения расплавов ТЭП позволило более обоснованно подойти к выбору режимов их переработки на литьевом оборудовании. Так, при переработке ТЭП, по-видимому, нет необходимости чрезмерно повышать давление литья, так как это не обеспечивает такого резкого повышения объемного расхода материала, как в случае переработки резиновых смесей.
В то же время относительно высокое значение кажущейся энергии активации вязкого течения ТЭП, наоборот, свидетельствует о целесообразности использования фактора температуры для интенсификации пластикации в червячной литьевой машине.
Еще более мощным средством для улучшения литьевых свойств ТЭП является его пластификация, причем значительный эффект достигается уже при относительно небольшом содержании пластификатора. Для снижения их вязкости применены те же методы, что и при разработке маловязких резиновых композиций для процессов литья и штампования обуви.
Т а б л и ц а 3.10— Техническая характеристика литьевых агрегатов для
| Показатели | Тип агрегата, изготовитель | |||||||
| G-2S, «Оттогалли» | U78/2, «Унион» | Sanpak-500 «Бата» | 611/10б «Десма» | TRN/10 Супер, «Нуова Дзарине» | F2C/14, «Оттогалли» | D2/14, «Оттогалли» | Delta 110, «Лоренцин» | |
| Число формоносителей | 6; 8 | 12; 14 | 10 | 10 | 10 | 14 | 14 | 10 |
| Число литьевых машин: червячно-плунжерных | 2 | 2 | 1; 2 | 2 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| червячных с дополнительным цилиндром | — | — | — | — | — | 1 | 1 | — |
| Число пар обуви на формоносителе | 1 | 1 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 1 | 1; 0,5 | 0,5 |
| Вид выпускаемой обуви | Сапоги, сапожки,сандалии | Сапоги, сапожки | Сапоги | Сапоги, сапожки | Сапожки, галоши, сандалии | Сапоги, сапожки | Сапожки, галоши | Сапоги, сапожки, сандалии |
| максимальная высота, мм | 490 | 480 | 480 | 470 | 200 | 470 | 400 | 450 |
| Производительность G, пар/ч | 90¸105 | 120¸160 | 90¸100 | 90¸130 | 80¸130 | 92¸105 | 92¸140 | 92¸140 |
| Максимальная скорость пластикации Qmax, г/с | ||||||||
| ЛМ-1 | 144,0 | 61,0 | 50,0 | 50,0 | 55,5 | 61,1 | 50,0 | 69,4 |
| ЛМ-2 | 96,0 | 61,1 | 50,0 | 50,0 | — | 38,8 | 45,8 | — |
| Максимальный объем впрыска Vmax, см3 | ||||||||
| ЛМ-1 | 2350 | 2160 | 2160 | 1900 | 1420 | 2350 | 1400 | 1400 |
| ЛМ-2 | 1250 | 2160 | 2160 | 760 | — | 1100 | 1100 | 1100 |
| Максимальное давление впрыска Р, МПа | ||||||||
| ЛМ-1 | 60 | 95 | 70 | 86 | 69 | 45 | 45 | 80 |
| ЛМ-2 | 60 | 95 | 70 | 95 | — | 60 | 45 | 80 |
| Максимальное усилие запирания форм F1, кН | 1600 | 2200 | 1600 | 1500 | 1500 | 1620 | 1200 | 2000 |
| Диаметр червяка d, мм | ||||||||
| ЛМ-1 | 100 | 100 | 75 | 90 | 85 | 100 | 100 | 80 |
| ЛМ-2 | 80 | 100 | 75 | 65 | — | 80 | 80 | 80 |
| Отношение L/d | ||||||||
| ЛМ-1 | 20 | 20 | 22 | 18 | 17 | 13 | 13 | 15 |
| ЛМ-2 | 18 | 20 | 22 | 18 | — | 18 | 18 | 15 |
изготовления цельнополимерной обуви
| Робототехнологические комплексы | |||||||||
| Delta 214 «Лоренцин» | Bipak, «Бата» | T2S/6 «Оттогалли» | Н/6, НЕ/6 «Оттогалли» | AZ-250, «Нуово Дзарине» | Sanpak-1, «Бата» | 603/10 «Десма» | 618S/10, «Десма» | U78/2C-8, «Унион» | U76/2D-8, «Унион» |
| 14 | 10 | 6 | 6 | 10 | 10 | 10 | 10 | 8 | 8 |
| 2 | 2 | 2 | — | 2 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| — | — | — | 1 | — | — | — | — | — | — |
| 0,5 | 0,5 | 1 | 1 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5/1 | 0,5/1 | 0,5/1 |
| Сапоги, сапожки, сандалии | Сапожки, галоши | Сапожки, сандалии | Галоши, сандалии | Сапожки, сан-далии, галоши | Сапоги, сапожки | ||||
| 450 | 370 | 320 | 210 | 320 | 200 | 180 | 300 | 450/380 | 360/240 |
| 120¸160 | — | 100¸160 | 90¸120 | 80¸180 | 80¸150 | 90¸110 | 100¸150 | 110¸170 80¸130 | 70¸110/ 90¸150 |
| 69,4 | 27,7 | 96,0 | 50,0 | 50,0 | 50,0 | 55,5 | 50,0 | 61,0 | 50,0 |
| — | 37,5 | 96,0 | — | 30,5 | — | 33,3 | 50,0 | 61,0 | 50,0 |
| 1400 | 1320 | 1250 | 1200 | 1420 | 600 | 495 | 1900 | 2350 | 1360 |
| 1400 | 1560 | 1250 | — | 900 | — | 760 | 800 | 1360 | 1360 |
| 80 | 70 | 60 | 45 | 45 | 70 | 70 | 90 | 90 | 58 |
| 80 | 70 | 60 | — | 45 | — | 95 | 90 | 58 | 58 |
| 2000 | 1600 | 830 | 1080 | 1200 | 550 | 300 | 1500 | 2200 | 1600 |
| 80 | 70 | 80 | 100 | 70 | 50 | 55 | 90 | 100 | 90 |
| 80 | 70 | 80 | — | 70 | — | 55 | 90 | 90 | 90 |
| 15 | 22 | 18 | 13 | 16 | 20 | 18 | 18 | 20 | 18 |
| 15 | 22 | 18 | — | 16 | — | 18 | 18 | 18 | 18 |
Продолжение таблицы 3.10
| Показатели | Тип агрегата, изготовитель | |||||||
| G-2S, «Оттогалли» | U78/2, «Унион» | Sanpak-500 «Бата» | 611/10б «Десма» | TRN/10 Супер, «Нуова Дзарине» | F2C/14, «Оттогалли» | D2/14, «Оттогалли» | Delta 110, «Лоренцин» | |
| Общая установленная мощность, кВт | ||||||||
| электродвигателей | 99 | 75 | 57 | 109 | 50 | 75 | 83 | 60 |
| нагревателей | 40 | 21 | 30 | 50 | 16 | 47 | 39 | 18 |
| Масса, кг | 30000 | 36000 | 10000 | 39000 | 10240 | 39000 | 21700 | 25000 |
| Габаритные размеры, мм | ||||||||
| длина | 9200 | 9170 | 6200 | 9800 | 5600 | 7800 | 6300 | 32000 |
| ширина | 4500 | 7180 | 3080 | 9000 | 2700 | 7100 | 4200 | 4000 |
| высота | 3900 | 2050 | 2280 | 2345 | 2000 | 3950 | 3300 | 1870 |
Примечания.
1. Перерабатываемые материалы: пластикаты ПВХ, композиции на основе ТЭП, гранулированные полиуретаны.
2. ЛМ-1 и ЛМ-2 литьевые машины соответственно для первого и второго слоя.
3. Максимальная скорость пластикации приводится по пластикату ПВХ.
4. В состав РТК входят промышленные роботы для извлечения литников и съема обуви.
5. Максимальная температура переработки 2500С.
Для получения композиций, удовлетворяющих этим требованиям и обеспечивающим необходимый уровень физико-механических и эксплуатационных свойств материала, необходимо использовать α-метилстирольные ТЭП. При одной и той же степени наполнения и одинаковом количестве пластификатора композиции на основе α-метилстирольных ТЭП имеют существенно более высокие физико-механические показатели (в том числе при повышенных температурах) по сравнению с композициями на основе бутадиен-стирольных ТЭП . Кроме того, как показали проведенные исследования, более высокая температуростойкость α-метилстирольных ТЭП (особенно радиальной структуры) обеспечивает улучшение эксплуатационного качества (прочности связи полимерной обсоюзки с текстильным верхом) полимернотекстильной обуви.
Исследования структурной пластификации эластомеров и термоэластопластов применительно к задачам создания композиций ТЭП для расширения ассортимента материалов, используемых для литья обуви, оказались особенно плодотворными при разработке композиций на основе маслонаполненных ТЭП. Используя маслонаполненный полимер, содержащий пластификатор оптимальной молекулярной массы, и вводя в состав композиции
| Робототехнологические комплексы | |||||||||
| Delta 214 «Лоренцин» | Bipak, «Бата» | T2S/6 «Оттогалли» | Н/6, НЕ/6 «Оттогалли» | AZ-250, «Нуово Дзарине» | Sanpak-1, «Бата» | 603/10 «Десма» | 618S/10, «Десма» | U78/2C-8, «Унион» | U76/2D-8, «Унион» |
| 102 | 100 | 80 | 50 | 93 | 45 | 46 | 110 | 90 | 66,5 |
| 32 | 50 | 30 | 18 | 23 | 20 | 28 | 50 | 40 | 23 |
| 38000 | 15000 | 24400 | 7900 | 17500 | 8000 | 20000 | — | 28000 | 20500 |
| 8500 | 4280 | 6800 | 4500 | 7080 | 6200 | 8400 | — | 13000 | 11400 |
| 8000 | 6850 | 3670 | 2300 | 7000 | 3090 | 6500 | — | 7000 | 7000 |
| 1900 | — | — | 2800 | 2050 | 2280 | Рекомендуем посмотреть лекцию "Физическая характеристика газов нефтяных и газовых месторождений". — | — | 2200 | 2200 |
олигомерный пластификатор (атактический полипропилен), удалось создать композиции, приближающиеся по реологическим свойствам к композициям ПВХ. Вследствие этого можно перерабатывать эти композиции на многопозиционных литьевых автоматах и получать различные виды обуви типа галош и сапожек.
Развитие технологии литья и более широкий круг материалов для обуви обусловили появление разнообразных конструкций литьевых агрегатов. Ведущие машиностроительные фирмы «Десма» (Германия), «Оттогалли», «Лоринцин» (Италия) и другие— выпускают в настоящее время роторные литьевые полуавтоматы различного назначения для переработки на них монолитных и вспененных композиций ПВХ, термоэластопластов. Сравнительная характеристика современных литьевых установок приведена в таблице 3.10.
