Получение изделий из полимерных материалов. Прямое прессование, экструзия

Пластическими массами (пластмасса­ми) называют материалы, основу которых составляют природные или синтетические высокомолекулярные соединения.

В зависимости от поведения при повы­шенных температурах полимеры подразде­ляют на термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты).

Термопласты при нагреве размяг­чаются и расплавляются и при охлажде­нии вновь восстанавливают свои свойства. Переход термопластов из одного физиче­ского состояния в другое может осуществ­ляться неоднократно без изменения химиче­ского состава (органическое стекло, целлулоид).

Реактопласты при нагреве в ре­зультате химических реакций (от­верждения) переходят в необратимое со­стояние. Отвержденные реактопласты нельзя повторным нагревом перевести в вязкотекучее состояние. В процессе поли­меризации под действием указанных фак­торов линейная структура полимера пре­вращается в пространственную.

В зависимости от числа компонентов все пластмассы подразделяются на про­стые и композиционные. Простые (поли­этилен, полистирол и т.д.) состоят из од­ного компонента - синтетической смолы, композиционные (фенопласты, аминопласты и др.) - из нескольких составляющих, каждая из которых выполняет определен­ную функциональную роль. В композици­онных пластмассах смола является свя­зующим для других составляющих. Со­держание связующего в пластмассах дос­тигает 30... 70 %.

Помимо связующего в состав компози­ционных пластмасс входят следующие компоненты:

1) наполнители различного происхождения для повышения механиче­ской прочности, теплостойкости, умень­шения усадки и снижения стоимости ком­позиции; органические наполнители - древесная мука, хлопковые очесы, целлю­лоза, хлопчатобумажная ткань, бумага, древесный шпон и др.; неорганические - графит, асбест, кварц, стекловолокно, стеклоткань, волокна углерода, бора и др.; 2) пластификаторы (дибутилфталат, кас­торовое масло и др.), увеличивающие эла­стичность, текучесть, гибкость и умень­шающие хрупкость пластмасс; 3) смазоч­ные вещества (стеарин, олеиновая кислота и др.), увеличивающие текучесть, умень­шающие трение между частицами компо­зиции, устраняющие прилипание к фор­мообразующим поверхностям пресс-форм; 4) катализаторы (известь, магнезия и др.), ускоряющие процесс отверждения мате­риала; 5) красители (сурик, нигрозин и др.), придающие нужный цвет изготов­ляемым деталям.

При изготовлении газонаполненных пластмасс (поро- и пенопластов) в поли­меры вводят газообразователи - вещества, которые при нагреве разлагаются с выде­лением газообразных продуктов.

Основными технологическими свойст­вами пластмасс являются текучесть, усад­ка, скорость отверждения (реактопластов) и термостабильность (термопластов).

Текучесть - способность материалов заполнять форму при определенных тем­пературе и давлении.

Под усадкой понимают уменьшение размеров детали по сравнению с размером полости пресс-формы. Величина усадки зависит от физико-химических свойств связующей смолы, количества и природы наполнителя, содержания в нем влаги и летучих веществ, температурного режима переработки и других факторов.

Продолжительность процесса перехода реактопластов из вязкотекучего состояния в состояние полной полимеризации опре­деляется скоростью отверждения, кото­рая зависит от свойств связующего (тер­мореактивной смолы) и температуры пе­реработки.

Способы формообразования деталей в вязкотекучем состоянии.

Прямое (компрессионное) прессова­ние. В полость матрицы пресс-формы 3 (рис. 8.13, а) за­гружают предварительно таблетизированный или порошкообразный материал 2. При замыкании пресс-формы под дейст­вием силы пресса пуансон 1 создает дав­ление на прессуемый материал (рис. 8.13, б). Под действием этого давления и теплоты от нагретой пресс-формы материал раз­мягчается и заполняет формообразующую полость пресс-формы. После определен­ной выдержки, необходимой для отвер­ждения материала, пресс-форма раскрыва­ется и с помощью выталкивателя 5 из нее извлекается готовая деталь 4 (рис. 8.13, в).

Процесс отверждения сопровождается выделением летучих составляющих ком­позиционного материала и паров влаги. Температура и давление прессования зависят от вида перерабатываемого мате­риала, формы и размеров изготовляемой детали. Время выдержки под прессом за­висит от скорости отверждения и толщи­ны прессуемой детали. Для большинства реактопластов время выдержки выбирают из расчета 0,5... 2 мин на 1 мм толщины стенки.

Нагрев пресс-формы осуществляют обычно электронагревателем. Для загрузки в полость пресс-формы опреде­ленного количества пресс-материала ис­пользуют объемную дозировку или дози­ровку по массе.

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

Литье под давлением

Перерабатываемый материал из за­грузочного бункера 8 (рис. 8.15) подается дозатором 9 в рабочий цилиндр 6 с элек­тронагревателем 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 подается в рабочий цилиндр. Для предотвращения перегрева выше 50... 70 °С в процессе литья пресс-форма охла­ждается проточной водой. После охлаж­дения 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. Производительность процесса ли­тья в 20... 40 раз выше производительно­сти прессования, поэтому литье под дав­лением является одним из основных спо­собов переработки пластических масс в детали.

Выдавливание (или экструзия).

Выдавливание осуществляют на специ­альных червячных машинах - автоматах. Перерабатываемый материал в виде по­рошка или гранул из бункера 1 (рис. 8.16, а) попадает в рабочий цилиндр 3, где захва­тывается вращающимся червяком 2. Чер­вяк продвигает материал, перемешивает и уплотняет его. В результате 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.

При получении пленок из термопластов (полиэтилена, полипропи­лена и др.) используют метод раздува.