Прессование

Одним из основных методов переработки реактопластов является метод прессования. Различают компрессионное (прямое) и трансферное (литьевое) прессование. Прессование предусматривает загрузку материала в пресс-форму, под действием температуры перевод материала в вязкопластичное состояние, формование изделия под действием давления и фиксацию заданной конфигурации изделия в результате ускоренного сшивания олигомеров при повышенной температуре. Полученное этим методом изделие, обладает формоустойчивостью при повышенной температуре и не требует охлаждения перед извлечением из пресс-формы.
Методом прессования перерабатывают материалы на основе различных олигомеров и наполнителей. Наибольшее распространение в качестве сырья для прессования получили фенопласты (материалы на основе феноло-формальдегидных олигомеров), а также аминопласты (материалы на основе продуктов поликонденсации карбамида и меламина с формальдегидом). Однако за последние десятилетия все чаще для прессования применяются: полиэстерные, эпоксидные пресс-материалы, модифицированные фенопласты и аминопласты, а также кремнийорганические пресс-порошки.
Пресс-материал может содержать от 30-70 % связующего, и соответственно от 70-30 % наполнителя. Кроме того, в состав могут входить отвердители, красители, смазывающие вещества и прочие компоненты. В качестве наполнителей может быть использована: древесина, целлюлозное волокно, асбестовая и кварцевая мука, каолин, стекловолокно и др.

Автоматизированые линии прессования

Компрессионное (прямое) прессование

Процесс заключается в непосредственном придании необходимой формы изделию под действием высокого давления, что образуется в пресс-форме при температуре быстрого отверждения материала.

Рис. 1 Схема прямого прессования: а) – загрузка пресс-материала; б) – прессование; в) – размыкание формы и извлечение изделия; 1 – пуансон; 2 – пресс-материал; 3 – матрица; 4 – выталкиватель; 5 – изделие.

Вследствие внешнего давления в прессуемом материале, происходит его уплотнение, частичное разрушение предыдущей структуры, Во время уплотнения и деформации в результате трения между частичками материала происходит выделение тепловой энергии, которая совместно с внешним обогревом формующих элементов приводит к плавлению связующего.
После того как материал перешел в вязкопластичное состояние, он под действием давления распределяется в пресс-форме образуя монолитную и уплотненную структуру.
Процесс отверждения заключается в протекании реакции сшивки макромолекул вследствие поликонденсации между свободными функциональными группами связующего или отвердителя и связующего (двухкомпонентные системы). Реакция происходит под действием тепла, с выделением низкомолекулярных, летучих веществ: вода, формальдегид, аммиак, метанол и др.

Технологические параметры компрессионного прессования

- температура предварительного подогрева;
- температура прессования;
- давление прессования;
- параметры подпресовок;
- время выдержки под давлением;

При прямом прессовании давление непосредственно действует на материал, который находится в оформляющей полости формы, поэтому детали формы преждевременно изнашиваются. Этого недостатка лишен метод трансферного прессования (см. далее).

Литьевое (трансферное) прессование

Этот способ переработки отличается от компрессионного прессования тем, что материал загружается в загрузочную камеру пресс формы, где он переходит в вязкопластичное состояние, а потом под действием давления передавливается через литниковый канал в оформляющую полость. Благодаря наличию загрузочной камеры, материал проходит предварительный разогрев и уже, будучи прогретым, до температуры близкой к температуре формы, под действием пуансона перетекает в оформляющую часть формы. Во время течения по литниковому (литниковым) каналам происходит его гомогенизация. Расплав подается в предварительно сомкнутую форму, которая нагрета до температуры прессования. Во время литьевого прессования не используют подпресовки.

Рис. 2 Схема трансферного прессования
(слева до смыкание формы, справа – после смыкание)
1 – пресс-материал; 2 – пуансон; 3 – литниковый канал; 4 – изделие

Для формования изделий данным методом используют пресс-материалы со сравнительно большим временем пребывания в вязкопластичном состоянии и повышенной текучестью. Использую предварительный прогрев материала перед дозировкой, можно сократить цикл прессования.
Этот метод целесообразно применять, когда необходимо формовать разнотолщиные изделия, при наличии тонкой проходящей арматуры, а также оформляющих знаков.
При попадании расплава в полость пресс-формы происходит испарение влаги и летучих веществ, для этого конструкцией предусматриваются наличие вентиляционных (отводящих) каналов. Отведение летучих веществ значительно ускоряет процесс отверждения материала.
Технологический процесс происходит, как и при прямом прессовании, с отличиями, обусловленными сложной конструкцией формы. Как правило, для литьевого прессования применяют пакетные формы, состоящие как минимум из 3-х частей: нижняя полуформа, верхняя полуформа и входящая в них загрузочная камера. Однако большинство форм еще сложнее по своему устройству и могут содержать промежуточные втулки, съемные литниковые каналы элементы для крепления знаков и т.д. Такой подход связан не только со сложностью изготовления цельных частей, но и упрощает процесс эксплуатации формы. Из всего выше описанного вытекает длительная технологическая стадия процесса прессования – сборка и разборка «пакета» включая усложненное извлечения изделия. При литьевом прессовании отсутствует стадия подпресовки т.к. отвод летучих происходит еще на этапе впрыска в пресс-форму.

Технологические параметры литьевого прессования

- температура прессования;
- удельное давление формования;
- усилие прессования;
- время выдержки под давлением;
- усилие запирания формы;

Преимуществами литьевого прессования является не только пониженный износ деталей формы, но и быстрый и интенсивный прогрев материала за счет диссипативного тепловыделения образующегося в результате течения вязкопластичного материала через литниковые каналы. Улучшенная гомогенизация расплава – снижает коробление изделий. Конструкцией форм предусмотрены дренажные каналы для отвода пара и летучих компонентов это исключает из процесса подпрессовки. Более высокая точность изделий. Отсутствие облоя на изделиях
Метод литьевого прессования экономически более затратный это обусловлено увеличенным расходом материала (литниковая система, остатки материала в фор-камере), повышенным давлением прессования для преодоления сопротивления литниковой системы (более 100 МПа). Все выше перечисленное требует применения более мощный прессов, по сравнению с прямым прессованием, а также использования дорогой оснастки.

Преимущества и недостатки метода прессования

На сегодняшний день прессование по распространенности значительно уступает другим методам переработки полимеров – это связано, прежде всего:

- прессованием в основном перерабатывают реактопласты, которые все больше вытесняются термопластами;
- метод низкопродуктивный и многостадийный;
- оборудование дорогостоящее и громоздкое;
- сложно полностью автоматизировать процесс;

Несмотря на ряд имеющихся недостатков, прессованием получают изделия, которые невозможно получить ни одним другим из существующих методов переработки полимеров. Речь идет о физико-механических свойствах реактопластов. Они благодаря своим сверхпрочностным показателям заменят металлы и др. материалы, при создании конструкционных и антифрикционных изделий. Такие изделия применяются и будут применятся еще не одно десятилетие в тяжелой промышленности, ракетостроении, и военной технике.