Литье пластмасс под давлением

Использование пластика

Благодаря появлению первого пластика, в конце XIX века, прогресс продвинулся скачкообразными темпами. Разработка полимеров, пригодных для разнообразных формообразующих операций, дала возможность эффективно заменить природные материалы. Это привело к технологической революции.

Полимеры получили широкое распространение в производстве товаров народного потребления, легкой промышленности, медицине и во многих других областях человеческой деятельности. Это стало возможным благодаря тому, что пластики легко поддаются процессу обработки.

Использование того или иного полимера связано с его физико-химическими свойствами. Температура плавления, стойкость к возгоранию, прочность и санитарно-гигиенические характеристики определяют применение пластмасс.

Виды пластика

Все виды пластмасс объединены в три основных типа, которые отличаются пространственной структурой и кривой температурного перехода. Значение последнего определяет предел применения материала для продукции, испытывающей механическое воздействие.

Характеристика перехода определяет устойчивость пластика к разрушению при определенной температуре, т. е. предел прочности полимерного материала.

Разновидности твердых полимеров:

1. Термопластичные пластики (термопласты). Данная группа веществ способна переходить из твердого состояния в пластичное, и обратно, под воздействием температуры. Эта особенность используется для того, чтобы придавать произвольную конфигурацию продуктам из термопластов. В нормальных условиях полимеры остаются в твердом состоянии. А из-за отсутствия необратимых процессов, материал легко поддается вторичной переработке.
2. Термореактивные пластики (реактопласты). Полимеры этой группы характеризуются необратимостью переработки. В их основе лежат эпоксидные, полиэфирные и карбамидные смолы. Для улучшения свойств материала используются различные наполнители. Это могут быть порошковые и волокнистые добавки, такие как: карбонаты, цементы, гранит, андезит, асбест, кварц, сажа, графит, кокс, мел, древесная мука, шерсть, стекловолокно и др. Термореактивные пластики являются отличным конструкционным материалом, благодаря своей прочности и термостойкости.
3. Пенопласты (газонаполненные пластики). Они обладают превосходными тепло- и звукоизоляционными свойствами. Основой данного материала являются синтетические полимеры, а наполнителем выступает газ. Пенообразование полимеров обеспечивается химическими реактивами, которые добавляются в процессе производства.

Технология литья пластмасс под давлением

Основой технологии литья пластмасс под давлением является литьевая машина. Чаще всего в ее качестве выступает термопластавтомат (ТПА). Сердце машины — это шнек сложной конструкции, который нагревается резистивным или индукционным способом. Эта деталь экструдера создает избыточное давление и расплавляет полимеры.

Сырье для прессования полимеров:

•  порошки;
•  гранулы;
• таблетки.

Загружаемое в литейную машину сырье нагревается и расплавляется, соприкасаясь с рабочей поверхностью экструдера (шнека). Одновременно выполняется перемешивание, а возможно, и смешивание с наполнителями.

Под действием осевой силы, возникающей при работе экструдера, расплав полимера попадает в пресс-форму или выдавливается через фильеру заданной конфигурации. Последний способ используется при непрерывном литье под давлением пластиковых профилей.

Фильера — это высокопрочная форма для литья, представленная пластиной, с одним или несколькими отверстиями специальной конфигурации. Она покрывается сплавами, позволяющими нивелировать износ основного материала и ухудшение точности продукции.

Виды литья

Существует несколько классических способов литья под давлением из пластика. Наиболее часто практикуются такие:

• инжекционный;
• инжекционно-прессовый;
• инжекционно-газовый;
• интрузионный.

Также существуют более сложные методы, которые позволяют получать композитные продукты многослойной или сложной конфигурации:

• сэндвич-литье;
• соинжекционный;
• литье пластмасс в многокомпонентные формы;
• литье пластмасс в поворотные формы.

Классические способы

Инжекционный способ литья под давлением очень распространен. Его особенностью является кратковременный впрыск полимера. По достижении заданного давления, в рабочей камере литейной машины, происходит инжекция пластифицированного вещества.

Инжекционно-прессовое литье пластмасс под давлением применяется для производства товаров с большой площадью поверхности. Уравнение плотности материала достигается за счет совмещения инжекционного усилия с силой от пуансона в узле смыкания. При использовании данного способа применяются специальные пресс-формы с подвижными частями.

Инжекционно-газовый способ литья пластмасс позволяет сэкономить количество сырья, необходимого для заполнения технологических каналов в литниковой форме. При использовании силы сжатого газа, производится дожатие полимера в пресс-форме, что ведет к заполнению всех формующих полостей.

Интрузионное литье пластмасс под давлением является наиболее упрощенным. Оно применяется для отливки простых товаров, в матрице с несложной системой каналов и формующих полостей. Особенность такого способа заключается в дожатии расплава, в литниковой системе, за счет осевого перемещения экструдера.

Сложные методы литья

Сэндвич-литье — это способ получения двухкомпонентных пластиковых товаров путем попеременной инжекции расплавов специальным соплом. Игольчатый клапан переключается между узлами пластикации экструдера. Сначала в литниковую форму, с большой скоростью, подается первый полимер, а затем — второй. Таким образом, получаются пластиковые товары с наружным покрытием.

Соинжекционное литье пластиков позволяет получать многослойные изделия. Для этого используется сопло сложной конструкции. Благодаря данной технологии можно производить товары со смешанными или различными цветами.

Литье пластмасс под давлением в многокомпонентные формы используется для получения продукции из пластика с четким цветовым разделением. Оно также интересно тем, что две соседние детали способны иметь неодинаковую плотность. Такой эффект достигается за счет применения пресс-форм с несколькими каналами и отдельными пуансонами.

Литье пластмасс под давлением в поворотные формы дает возможность получать двухкомпонентные продукты. Его особенностью является отливка заготовки с перемещением последней в другую форму, чтобы нанести второй слой полимера. Этот способ не является продуктивным, но значительно упрощает конструкцию экструдера.

Термопластавтоматы для производства пластмассы

Термопластавтоматы (ТПА) — это устройства, с помощью которых производится литье под давлением различных товаров из пластика. Также их называют экструдерами. Они характеризуются большой мощностью.

В зависимости от механизма, который создает избыточное давление перед форсунками, различают следующие виды ТПА:

• одночервячные;
• двухчервячные;
• поршневые;
• червячно-поршневые.

Конструкция экструдера

Одни из самых распространенных видов экструдеров, которые обладают высокой надежностью, являются червячные. Привод машин для литья пластмасс может быть, как электрическим, так и гидромеханическим. Существуют экструдеры с двумя рабочими органами.

По расположению прессовой части, различают следующие типы литьевых машин:

• угловые с вертикальной прессовой частью;
• угловые с горизонтальной прессовой частью;
• горизонтальные;
• вертикальные.

Основные узлы оборудования для литья пластмассы:

1. Металлический корпус. Он представляет собой рамную конструкцию, на которой размещены рабочие и защитные элементы машины.
2. Узел загрузки. С его помощью подается сырье в ТПА. Загрузка полимера может осуществляться различными способами, например, через воронку.
3. Рабочий орган. Он предназначен для создания избыточного давления и транспортировки расплава пластика в литниковую систему. На основании различных физических принципов построены три типа машин: поршневые, дисковые и шнековые. Последние получили особенно широкое распространение.
4. Экструзионная головка. Ее назначение — разделение области высокого давления машины и каналов пресс-формы. С помощью нее осуществляется порционная подача полимера. С целью прессования пластиковых профилей, вместо экструзионной головки, используется фильера.
5. Привод. Для передачи усилия рабочему органу машины применяется электро- или гидромеханический привод.
6. АСУ. Автоматизированная система управления осуществляет операционный контроль за состоянием машины. С ее помощью производится управление работой экструдера.

Преимущества различных термопластавтоматов

Основным преимуществом одночервячных термопластавтоматов является простота конструкции и малые габариты материальной камеры.

Двухчервячные литейные машины отличаются улучшенными характеристиками:

• возможностью создавать высокие давления без увеличения объемной производительности;
• возможностью регулировки времени пребывания полимера в материальной камере;
• улучшенным перемешиванием полимеров (гомогенизацией);
• возможностью взаимной очистки шнеков.