Производство пластических масс

Тенденция ко всё более широкому применению П. м. (особенно плёночных

материалов) характерна для всех стран с развитым сельским хозяйством. Их

используют при строительстве культивационных сооружений, для мульчирования

почвы, дражирования семян, упаковки и хранения сельском хозяйстве продукции

и т.д. В мелиорации и сельском хозяйстве водоснабжении полимерные плёнки

служат экранами, предотвращающими потерю воды на фильтрацию из оросительных

каналов и водоёмов; из П. м. изготовляют трубы различного назначения,

используют их в строительстве водохозяйственных сооружений и др.

В медицинской промышленности применение П. м. позволяет осуществлять

серийный выпуск инструментов, специальной посуды и различных видов упаковки

для лекарств. В хирургии используют пластмассовые клапаны сердца, протезы

конечностей, ортопедические вкладки, туторы, стоматологические протезы,

хрусталики глаза и др.

Супернаполненные пластмассы (СНП) на основе минеральных наполнителей и

термопластов относятся к новым композиционным материалам для строительства,

способным заменить дорогую пластмассу, они экологически чисты, дешевы,

сочетают лучшие свойства полимеров со специальными характеристиками.

Введение минеральных наполнителей в полимеры позволяет улучшить прочностные

показатели, огнестойкость, тепло- и электрофизические свойства, снизить

токсичность при горении и т.д. СНП могут применяться в строительстве в

качестве конструкционных, отделочных материалов, трубопроводов, обладающих

повышенной огнестойкостью, стойкостью к воздействию агрессивных и

атмосферных факторов, в том числе к солнечной радиации в условиях

длительной эксплуатации, водостойкости и кислотостойкости.

Из супернаполненных пластмасс можно получать плиты широкого

назначения, трубы канализационные, оболочки для силовых кабелей, обладающие

повышенной огнестойкостью, а также пожаробезопасные отделочные материалы

для полов, стен, сидений в транспорте, детских медицинских учреждениях,

обладающие высокой износостойкостью и долговечностью.

Исходным материалом супернаполненных пластмасс является минеральный

тонкомолотый наполнитель (кварцевый песок, мел, тальк, слюда), и в качестве

связующего применяются термопласты (полиэтилен, полипропилен,

поливинилхлорид) и их отходы. Реализация процесса микрокапсулирования

частиц наполнителя расплавом позволяет снизить абразивность композиции и

перерабатывать ее в изделия методами экструзии, вальцевания, литья и

прессования. Высокая степень наполнения (до 90% массы) минеральным

наполнителем обеспечивает низкую себестоимость продукции и высокую

рентабельность производства.

Изделия из СНП сочетают в себе лучшие качества всех известных

материалов: экологическую чистоту, высокие прочностные характеристики,

обладают повышенными значениями износо-, и химстойкости, заданными

электрическими, магнитными, бактериостатическими и антиобрастающими

(грибками, моллюсками) характеристиками, хорошо поддаются механической

обработке. Материал практически не имеет усадки, сохраняет

формоустойчивость при температуре до +120°C.

Ниже рассмотрим основные технологические особенности различных

способов производства пластиковых масс.

Литье при низком давлении

Одной из разновидностей литья под давлением термопластичных материалов

является т.н. литье при низком давлении (low-pressure injection molding).

Литье при низком давлении применяется для изготовления крупногабаритных

изделий (столешницы, двери, различные панели, подставки и пр.), а также

изделий с декоративной поверхностью, получаемых методом литья на подложку

(ткань, кожу, пленку). В зарубежной литературе для последнего процесса

обычно используют термины "In-mold decoration" (IMD) или "In-mold

lamination". Методом литья на подложку изготавливают мебель (сиделья

стульев и кресел), чемоданы и дипломаты, крупногабаритные детали салона

автомобилей и т.д.

Особенностью литья на подложку является невозможность применения

высоких скоростей впрыска, характерных для обычного литья под давлением,

т.к. при высокой скорости впрыска происходит смещение и смятие подложки.

При малых скоростях впрыска резко уменьшаются потери давления: давление

впрыска в этом процессе обычно не превышает 10 МПа.

Хотя время впрыска в данном процессе удлиняется в 3-4 раза по

сравнению с обычным литьем, общее время цикла остается на том же уровне из-

за того, что практически отсутствует стадия выдержки под давлением и

уменьшается время выдержки на охлаждение. Изделие можно извлекать из пресс-

формы при более высокой температуре. Изделия, полученные литьем при низком

давлении, отличаются низким уровнем остаточных напряжений и малым

короблением.

Малая скорость впрыска и низкое давление выдвигают особые требования к

материалу и конструкции изделия, пресс-форме и литьевому оборудованию.

Требования к материалу изделия

Для литья на подложку обычно используют материалы с невысокой

температурой переработки, такие как полипропилен, АБС-пластики и смеси на

их основе.

Процесс требует применения материалов с высокой текучестью. Хотя

подложка является хорошим изолятором и изделие охлаждается только с одной

стороны, при низкой скорости впрыска диссипативное тепловыделение крайне

мало - расплав быстро охлаждается.

Выбор материала и определение толщины изделия, необходимой для 100%

заполнения, может быть выполнен с высокой точностью в программном продукте

Flow. Для учета влияния подложки на процесс литья необходимо также

использовать анализ охлаждения пресс-формы Cool (в этом программном

продукте предусмотрен специальный анализ литья на подложку).

Требования к пресс-форме

Использование низких давлений и малых скоростей резко уменьшает

требования к механической прочности деталей пресс-формы, что позволяет

существенно уменьшить толщину плит и вес пресс-формы по сравнению с обычным

литьем. Пресс-форма может изготавливаться из недорогих, легко

обрабатываемых материалов.

В то же время в данном процессе используется горячеканальная

литниковая система. Одной из особенностей литья при низком давлении

является малая прочность и низкое качество линий спая. В области спаев

наблюдаются дефекты на декоративной подложке. Поэтому для предотвращения

появления линий спая в литье при низком давлении применяется особая

технология "последовательных впусков" (sequential gating, cascade control).

В этой технологии используются запирающиеся горячеканальные сопла.

Начальное состояние всех сопел, кроме одного - закрытое. Сопло открывается

только в тот момент, когда до него доходит фронт расплава. Оптимальное

положение впусков, а также моменты открытия/закрытия могут быть определены

на этапе конструирования изделия/пресс-формы в программном продукте Flow.

Литьевые машины для литья при низком давлении

Отсутствие высоких давлений и скоростей значительно упрощает все узлы

литьевой машины. В 3-4 раза снижается усилие замыкания. Уменьшается толщина

и габариты крепежных плит. Например, машина для литья при низком давлении с

усилием замыкания 350 т имеет плиты с размерами 1120 х 1120 мм, тогда как

размер плит машины с таким же усилием замыкания для обычного литья

составляет всего 735 х 735 мм.

Специальные литьевые машины для литья при низком давлении выпускают

фирмы Hettinga Equipment, Engel, Krauss-Maffei и др.

Преимущества литья под давлением изделий из термопластов

с применением горячеканальных форм

К преимуществам литья под давлением термопластов с применением

точечного литья горячеканальных форм перед литьем под давлением с

использованием затвердевающей литниковой системы относятся, в частности,

отсутствие отходов, улучшение качества изделий, возможность интенсификации

производственного процесса. Широкое внедрение этого метода обеспечивает

значительный экономический эффект за счет полной автоматизации процесса

литья под давлением термопластов без применения промышленных роботов и

манипуляторов. Техническое перевооружение заводов, перерабатывающих

пластические массы, предусматривает поэтапную замену маломощного

оборудования и малогнездной оснастки более производительным литьевым

оборудованием и новой горячеканальной многогнездной и многовпускной

безотходной оснасткой. Перевооружение целесообразно начинать с экономически

наиболее рентабельных и крупносерийных производств, а также с заводов,

выпускающих крупногабаритные изделия.

Особенности конструкций горячеканальных форм. Наиболее широко

используют три варианта конструкции впускного устройства литниковой системы

горячеканальной формы.

Впускное устройство варианта I состоит из распределителя, в котором

расположены обогреваемые литниковые каналы, датчики терморегуляторов и

открытые сопла со специальными термоизолирующими опорными и

герметизирующими втулками, предотвращающими вытекание расплава из камеры

сопла. Форма с таким впускным устройством предназначена для переработки

высоковязких и вязких материалов (полиолефинов). Сопла изготавливают из

бериллиевой бронзы марки БР-Б2 (ГОСТ 15-835-70), термоизолирующие и

герметизирующие виулки и другие детали - из титанового сплава ТВ (ГОСТ 190-

173-75). Бериллиевая бронза имеет наиболее высокий коэффициент

теплопроводности, что уменьшает потери тепла из текущего в соплах расплава.

Титановый сплав, наоборот, имеет минимальный коэффициент теплопроводности,

что предотвращает нагрев соприкасающихся с ним деталей формы, в основном

матрицы и переднего фланца.

Вариант II отличается от варианта I применением самозапирающихся

клапанов, которые открываются под действием давления расплава на их

заплечики, а после заполнения оформляющих полостей и уплотнения отливки они

с помощью пружины запирают выходные каналы, расположенные в переднем фланце

формы. Зазор между сферическими поверхностями сопла и матрицы не превышает

0.01 - 0.02 мм, поэтому расплав через него не проникает. Упорно-

центрирующие пояски на наружной конической поверхности сопла предохраняют

тонкие стенки его камеры от разрушения сферической поверхностью сопла,

образующийся воздушный зазор обеспечивает теплоизоляцию сопла и матрицы,

предотвращает вытекание расплава из камеры головки сопла в пространство

между распределителем, переднем фланцем и матрицей, а также взаимно

центрирует сопло и впускные каналы матрицы. Формы с впускным устройством

варианта II - V предназначены для переработки маловязких материалов

(полиамидов).

Варианты II - V отличаются от варианта I тем, что в них коническая

поверхность клапана запирает впускной канал, расположенный не в сопле, а в

матрице и углубляется внутрь изделия на 0.01 - 0.03 мм. Зазор между

цилиндрическим стержнем клапана и соплом составляет 1- 1.5 мм, а само

сопло, верхняя часть которого находится в камере матрицы, окружено

изоляционным слоем толщиной 2-3 мм. Для предотвращения его вытекания в

камеру распределителя служат специальные опорно-герметизирующие и

теплоизоляционные втулки из титана. Впускные устройства вариантов II-V

обеспечивают литье изделий без дополнительной зачистки следов на них и

предназначены для переработки маловязких полимерных материалов. Разработаны

комбинированные литниковые системы с обогреваемым разводящим литником и

затвердевающими подводящими впускными литниками. Для одно- и

четырехгнездных горячеканальных форм применяют одно- и четырехсопловые

запорные обогреваемые краны.

Во всех вариантах впускных устройств сопла крепятся к распределителю

путем их плотной посадки в гладких глухих отверстиях или с помощью

резьбовых соединений с уплотнительными коническими поясками. Оба способа

крепления сопел используют в одногнездных формах как с одним, так и с

несколькими впускными каналами в производстве крупногабаритных изделий, а

также в многогнездных формах .

Получение высококачественных изделий литьем под давлением с

применением горячеканальных форм. При литье под давлением изделий в

горячеканальных формах обеспечивается наиболее равномерное заполнение и

уплотнение оформляющих полостей без опережающих потоков расплава, под

действием которых в затвердевающей литниковой системе образуются холодные

спаи, что особенно характерно для одногнездных многовпускных и

многогнездных форм. При этом заполнение оформляющих полостей достигается

при минимальном давлении благодаря отсутствию затвердевающей литниковой

системы, а в многовпускных и многогнездных формах - за счет равномерного

распределения и повышения температуры на всем пути течения расплава и его

уменьшения в обогреваемых литниковых каналах и оформляющих полостях, а

также в результате дополнительного разогрева расплава при его продавливании

через точечные впускные каналы. Все это позволяет увеличить максимальную

площадь литья на одной и той же машине на 30-40% по сравнению с площадью

литья, достигающейся при использовании затвердеваюшей литниковой системы,

или применять при той же площади литья машину с меньшим усилием запирания и

менее металлоемкими формами. Литье при пониженном давлении и повышенной

температуре полости формы обеспечивает получение изделий с меньшими

остаточными напряжениями, улучшает условия заполнения формы и уплотнения

расплава, а также условия эксплуатации формы с повышением ее долговечности.

В горячеканальных формах минимальная конусность нагнетающей части клапанов

и впускных каналов позволяет без участия шнека с помощью сжатой пружины

подавать в оформляющие полости дополнительный объем расплава,

компенсирующий усадку. Благодаря этому увеличивается плотность отливок и

возрастает равномерность ее распределения по объему отливки, что имеет

особенно большое значение в производстве высокоточных изделий. В

распределителе горячеканальной формы рядом с литниковыми каналами и

вмонтированными в них соплами параллельно обеим сторонам каждого из них

расположены нагреватели, а в конце каналов установлены в контакте с глухой

стороной крайних (несквозных) сопел датчики терморегуляторов и аналоговые

приборы Р-133 с усилителями У-13 для снятия избыточной мощности. Такая

электромонтажная схема при праллельном включении в сеть обеспечивает

равномерную температуру расплава в любой точке литниковых каналов и у

каждого сопла, к которым подводится дозированное количество электроэнергии.

С помощью термопар осуществляется своевременное включение и отключение

электрической сети, что предупреждает перегрев расплава и нагревателей и

выход их из строя. Благодаря равномерному распределению температуры

расплава и формы исключается возможность коробления изделий и необходимость

их рихтовки перед сборкой или установкой в агрегат, а также достигается

равномерность усадки охлаждаемого изделия. Необходимая мощность

нагревателей и их количество рассчитываются по известной методике. Варианты

III - V - литье в центр дна изделия.

Интенсификация процесса изготовления изделий литьем под давлением с

применением горячеканальных форм. Возможность такой интенсификации

обеспечивается в результате снижения удельных материальных, трудовых,

энергетических и других затрат из-за устранения необходимости отделения

литников и зачистки их следов на изделии и исключения при этом затрат

первичного материала на образование литников, их дробление и вторичное

гранулирование. Для изготовления мелких деталей вместо маломощных литьевых

машин с одногнездными формами целесообразно применять более мощные литьевые

машины и многогнездные безлитниковые горячеканальные формы. В производстве

крупногабаритных изделий вместо форм с одним впускным каналом следует

использовать многовпускные горячеканальные формы. Выбор числа гнезд в

формах должен предшествовать определению мощности, объема впрыска, усилия

запирания и типоразмера литьевой машины с учетом сложившегося ассортимента

изделий; потребности в них; сроков поставок изделий; самоокупаемости затрат

на изготовление форм; минимальной удельной трудоемкости и себестоимости

формы и изделий; максимально возможного высвобождения производственного

персонала; многостаночного обслуживания литьевых машин на основе полной

автоматизации процесса без применения ручного труда; эффективности

использования мощности литьевой машины, в том числе производительности узла

пластикации, объема и скорости впрыска, а также усилия запирания при

минимальном давлении в полости формы; долговечности горячеканальных форм

при снятии 1 млн. изделий с одного гнезда формы.

В результате комплексной интенсификации процесса предприятия,

использующие горячеканальные безотходные многогнездные и многовпусковые

формы, могут получить такой же экономический эффект, как при увеличении

объема производства и повышении производительности оборудования в 20-30

раз. При одновременном впрыске, заполнении, уплотнении, и охлаждении всех

гнезд или участков изделия суммарная продолжительность этих стадий цикла

становится равной их продолжительности при использовании одногнездной

формы, что повышает производительность оборудования прямо пропорционально

Страницы: 1, 2, 3