Способы переработки пластмасс в детали в вязкотекучем состоянии

Большое число пластмасс перерабатывают в детали в вязко-текучем состоянии. Наибольшее применение получили технологические способы прессования, литья, выдавливания и др.

а б в

Рис. 23.2. Схема прямого прессования;.

а-загрузка пресс-материала в пресс-форму; б-прессование детали; в-извлечение детали

Получение деталей прессованием.Прямое прессование - один из основных способов переработки реактопластов в детали. Сущность процесса формообразования деталей заключается в следующем. В полость матрицы пресс-формы 3 (рис. 23.2, а) загружают предварительно таблетированный или порошкообразный материал 2

При замыкании пресс-формы под действием усилия пресса пуансон 1 создает давление на прессуемый материал (рис. 23.2, б). Под действием этого давления и теплоты от нагретой пресс-формы материал размягчается и заполняет формообразующую полость пресс-формы. После определенной выдержки пресс-форма раскрывается и с помощью выталкивателя 5 из нее извлекается готовая деталь 4 (рис. 23.2, в).

Процесс полимеризации (отвердения) сопровождается выделением летучих составляющих полимеров и паров влаги. Для удаления газов в процессе прессования выполняют так называемую подпрессовку, заключающуюся в переключении гидропресса после определенной выдержки на обратный ход, в подъеме пуансона на 5-10 мм и выдержке его в таком положении в течение 2-3 с. После этого пресс-форма снова смыкается. При прессовании крупных толстостенных деталей из материалов с повышенной влажностью подпрессовку проводят дважды.

Время выдержки под прессом, зависящее от вида перерабатываемого материала и толщины прессуемой детали, выбирают из расчета 0,5-2,0 мин па 1 мм толщины стенки. Технологическое время прессования может быть сокращено за счет предварительного подогрева материала в специальных шкафах. Температура и давление прессования зависят от вида перерабатываемого реактопласта.

Пресс-форму обычно нагревают до требуемой температуры электрическими нагревателями и в некоторых случаях горячим паром. При прессовании рабочую температуру пресс-формы поддерживают постоянной с помощью автоматически действующих приборов.

Для загрузки в полость пресс-формы определенного количества пресс-материала используют объемную дозировку или дозировку по массе. Применяют также поштучную дозировку (загружают определенное количество таблеток). Прессуют на гидравлических прессах. При выпуске большого числа деталей используют прессы, работающие по автоматическому циклу.

Прямым прессованием получают детали средней сложности и небольших габаритных размеров из термореактивных материалов с порошкообразным и волокнистым наполнителями.

Литьевое прессование отличается от прямого тем, что прессуемый термореактивный материал загружают не в полость пресс-формы, а в специальную загрузочную камеру 2 (рис. 23.3). Под действием теплоты от пресс-формы прессуемый материал превращается в вязкотекучее состояние и за счет давления со стороны пуансона 1 выжимается из загрузочной камеры 2 в полость матрицы пресс-формы через специальное отверстие в литниковой плите 3. После отвердения готовую деталь 4 извлекают из полости пресс-формы 5 с помощью выталкивателя 6.

Литьевое прессование позволяет получить детали сложной конфигурации с глубокими отверстиями в том числе и резьбовыми.

В отличие от прямого прессования при данном способе возможна установка тонкой и сложной арматуры. За счет перетекания прессуемого материала через калиброванное отверстие структура изготовляемых деталей получается более равномерной. Как правило, отпадает необходимость в подпрессовке, так как образующиеся газы могут выходить в зазор между литниковой плитой и матрицей пресс-формы.

Рис. 23.3. Схема литьевого прессования: 1-пуансон, 2-загрузочная камера,
3-литниковая плита, 4-готовая деталь, 5-пресс-форма, 6-выталкиватель

К недостаткам литьевого прессования по сравнению с прямым относится несколько больший расход пресс-материала, так как после окончания прессования в загрузочной камере остается часть необратимого пресс-материала.

Форма и размеры изготовляемых деталей зависят от формообразующих деталей пресс-форм. Поэтому к ним предъявляют высокие требования по точности и качеству поверхности. Формообразующие детали изготовляют из высоколегированных конструкционных или инструментальных сталей с последующей закалкой до высокой твердости. Для повышения износостойкости и улучшения внешнего вида деталей формообразующие элементы пресс-формы полируют и хромируют.

Прессованием на плитах многоэтажных прессов получают листы и плиты из термореактивных материалов (текстолита, стекловолокнита и др.). Заготовки материала (из хлопчатобумажной ткани, стеклоткани и др.) пропитывают смолой и укладывают между горячими плитами многоэтажных прессов. Число уложенных слоев ткани определяет толщину получаемых листов и плит. Выдержка при прессовании зависит от толщины изготовляемых плит. Габаритные размеры прессуемых плит ограничиваются мощностью гидравлического пресса.

Профильным прессованием получают трубы, прутки круглого и фасонного сечений из тормореактивных материалов. Сущность процесса заключается в том, что через калиброванное отверстие продавливают прессуемый материал. В последнее время данный способ заменяют более совершенным и прогрессивным - непрерывным выдавливанием.

Получение деталей литьем. Литье под давлением является высокопроизводительным и эффективным технологическим способом массового производства деталей из термопластов. Перерабатываемый материал из загрузочного бункера 8 подается дозатором 9 в рабочий цилиндр 6 с электронагревателем 4 (рис. 23. 4). При движении поршня 7 определенная доза материала поступает в зону обогрева, а уже расплавленный материал через сопло 3 и литниковый канал - в полость пресс-формы 1, в которой формируется изготовляемая деталь 2. В рабочем (нагревательном) цилиндре на пути потока расплава установлен рассекатель 5, который заставляет расплав протекать тонким слоем у стенок цилиндра. Это ускоряет прогрев и обеспечивает более равномерную температуру расплава. При движении поршня в исходное положение с помощью дозатора 9 очередная порция материала попадает в рабочий цилиндр. Для предотвращения перегрева выше температуры 50-70° С в процессе литья пресс-форма охлаждается проточной водой. После затвердевания материала пресс-форма размыкается и готовая деталь с помощью выталкивателей извлекается из нее.

Литьем под давлением получают детали сложной конфигурации с различными толщинами стенок, ребрами жесткости, с резьбами и т. д.

Для литья под давлением применяют литейные машины, позволяющие механизировать и автоматизировать процесс получения пластмассовых деталей. Производительность процесса литья в 20-40 раз выше производительности прессования. Поэтому литье под давлением является одним из основных способов переработки пластических масс в детали.

Рис. 23.4. Схема литья под давлением

Качество отливаемых деталей зависит от температур пресс-формы и расплава, удельного давления прессования, продолжительности выдержки под давлением и т. д.

Литьем под давлением получают также детали из отдельных видов термореактивных материалов (с хорошими вязкотекучими свойствами). При этом используют специальное оборудование и технологическую оснастку (пресс-формы).

Центробежным литьем получают крупногабаритные и толстостенные детали, имеющие форму тел вращения (трубы, кольца, шкивы, зубчатые колеса и т. д.). Сущность технологического процесса заключается в том, что расплавленный полимер заливают в форму, которой задается вращательное движение. Под действием центробежных сил расплавленный полимер плотно прижимается к внутренней поверхности формы и при дальнейшем вращении затвердевает. Этот способ принципиально не отличается от центробежного литья металлов.

Для предотвращения окисления расплавленного полимера во время заливки используют вакуумное центробежное литье, что немного усложняет технологический процесс.

Получение деталей выдавливанием.Выдавливание широко применяют для получения труб различных профилей, лент и пленок, для нанесения защитных оболочек на провода, кабели и т. д. Выдавливание осуществляют на специальных червячных машинах. Перерабатываемый термопластичный материал в виде порошка или гранул из бункера 1 попадает в рабочий цилиндр 3, где захватывается вращающимся червяком 2 (рис. 23. 5). Червяк, имеющий нарезку с изменяющимися шагом и глубиной гребешков (резьбы), продвигает материал, перемешивает и уплотняет его. За счет передачи теплоты от нагревательного элемента 4 и выделения теплоты при трении частиц материала друг о друга и о стенки цилиндра перерабатываемый материал переходит в вязкотекучее состояние и непрерывно выдавливается через калиброванное отверстие головки 6. Расплавленный материал проходит через радиальные канавки оправки 5. Оправку применяют для получения отверстия при выдавливании труб.

Основными характеристиками, определяющими процесс выдавливания, является диаметр червяка, отношение его длины к диаметру, скорость вращения и профиль нарезки. Современные машины имеют червяки с отношением длины к диаметру 20-30 при диаметре 20-300 мм. Частоту вращения червяка регулируют в широких пределах (20-200 об/мин). В машинах с частотой вращения червяка до 1000 об/мин материал расплавляется только за счет трения частиц порошка между собой, трения о стенки цилиндра и червяка.

Рис. 23.5. Схема непрерывного выдавливания

В зависимости от типа перерабатываемого термопласта и геометрической формы выдавливаемых профилей применяют машины с одним или двумя червяками. Червяки могут быть однозаходные или мпогозаходные, с постоянным или переменным шагом, с постоянной или изменяющейся глубиной нарезки.

Размеры и профиль выдавливаемых заготовок определяются конструкцией головки и оправки.

Для нанесения защитных покрытий из полимерных материалов через оправку пропускают соответственно проволоку или кабель.

Процесс выдавливания применяют также для получения полых изделий (бутылок, флаконов и т. д.). При изготовлении полых изделий выходящая из головки горячая труба зажимается в разъемной пресс-форме. Через оправку в трубу подается сжатый воздух, который и раздувает зажатый отрезок трубы в пресс-форме до требуемой конфигурации.

Охлаждение происходит при полном контакте пластмассовой детали с внутренними стенками пресс-формы.

Выдавливание является высокопроизводительным, автоматизированным и прогрессивным технологическим процессом. Данным способом перерабатывают до 65 % термопластичных полимерных материалов.

Получение пленок и листов.Разновидностью способа непрерывного выдавливания является выдавливание пленок и листов из термопластичных мягких материалов (полиэтилена, полипропилена и др.). При получении пленок используют способ раздува. Расплавленный материал продавливают через кольцевую щель насадкой головки. Получают заготовку в виде рукава, которую раздувают сжатым воздухом до определенного диаметра. После охлаждения пленку подают на намоточное приспособление и сматывают в рулон. Способ раздува позволяет получить пленку толщиной до 40 мкм.

Для получения листового материала используют плоские щелевые головки шириной до 1600 мм. Выходящее из щелевого отверстия полотно проходит через валки гладильного и тянущего устройств, здесь же происходит предварительное охлаждение; окончательное охлаждение листа - на рольгангах. Готовую продукцию сматывают в рулоны или режут на листы определенного размера с помощью специальных ножниц. Листы и пленки из более жестких термопластичных материалов, например из поливинилхлорида, получают преимущественно каландровым спосо­бом, сущность которого заключается в том, что размягченный материал пропускают между валками, в результате чего получают пленку (лист) заданной толщины (до 0,05 мм).

Пленки из нитратоцеллюлозы, ацетата целлюлозы, вискозы получают на поливочных машинах. Сущность процесса заключается в том, что на движущуюся ленту конвейера через щелевое отверстие подают разведенный в растворителе полимер. В специальных камерах растворитель испаряется, а затвердевшая полимерная пленка сматывается в рулоны. Способ полива имеет серьезные недостатки (сложность установки, большой расход растворителей, пожароопасность производства и др.), поэтому его используют только для получения пленок (фото- и кинопленок), для которых другие способы непригодны.