Литье под давлением термопластов

Литье под давлением термопластов – один из наиболее важных и распространенных методов переработки полимерных материалов. История метода начиналась с применения машин плунжерного типа. В современном представлении, под литьем под давлением термопластов понимают, применение высокотехнологичных машин червячного типа, тоесть машин с червячной пластикацией материала. Первоначально метод литья под давлением полимеров был разработан для таких материалов как ацетобутират целлюлозы, полиметилметакрилат и полистирол*. На данный момент этим методом перерабатываются практически все

. Метод характеризуется высокой продуктивностью, т.к. нагрев полимера происходит вне формы и позволяет получать поштучные изделия массой от 1 грамма до 100 кг. Изделия, полученные данным методом, имеют высокую прецезионность и требуют минимальной механической обработки. Этим методом можно перерабатывать композиционные материалы, изготавливать детали с арматурой, получить изделия сложной конфигурации, перерабатывать композиционные материалы. Существует возможность полной автоматизации производства.

* В большинстве справочников и спецификациях к оборудованию, производительность термопластавтоматов указывают - по полистиролу. Например, максимальный объем впрыска, или пластикационная способность машины.

Суть метода литья под давлением термопластов заключается в переведении материала в вязкотекучее состояние под действием тепла материального цилиндра с последующим впрыском гомогенизированного материала в форму, которая имеет температуру достаточную для затвердевания расплава (переход материала в кристаллическое или стеклообразное состояние). Впрыск в форму происходит за счет поступательного движения шнека или плунжера в сторону формы, исключение составляет метод интрузии, где впрыск происходит по особому механизму, который будет рассмотрен отдельно (см. ниже).

Рис 1 Фотография литьевой машины

Особенности процесса литья под давлением термопластов

Цикл формования изделия можно представить следующим образом:

Рис 1 Цикл формования изделий:
1 – Пластикация материала в цилиндре машины; 2 – Смыкание формы с усилием запирания; 3 – Впрыск расплава и выдержка под давлением изделия;
4 – Охлаждение изделия; 5 – Раскрытие пресс-формы и извлечение изделия.

Сыпучий материал в виде гранул (хлопьев, порошка или частиц другой формы) находящийся в бункере, поступает в материальный цилиндр литьевой машины, где вращающийся червяк производит забор материала. Полимер в результате тепла подводимого нагревателями и тепла образующегося в результате внутреннего трения начинает плавиться, при этом он перемещается от зоны загрузки к зоне дозирования, а червячный винт по мере пластикации отходит назад в сторону зоны загрузки. В результате происходящего процесса перед червяком образуется порция гомогенизированного материала. Когда она набрана шнек двигается в режиме поршня при помощи гидравлики он двигается вперед и расплав впрыскивается в заранее сомкнутую литьевую форму.

Рис. 2 Принципиальная схема машины с червячной пластикацией расплава:
1 – бункер; 2 – привод; 3 – гидроцилиндр впрыска; 4 – поршень гидроцилиндра; 5 – корпус; 6 – червяк; 7 – пластикационный цилиндр; 8 – неподвижная плита; 9 – подвижная плита; 10 – поршень гидроцилиндра механизма смыкания формы; 12 – полуформы; 13 – литниковая втулка.
Подвижная плита 9 на которой закреплена левая полуформа перемещается под действием гидравлической системы (10,11) в сторону материального цилиндра 7 прижимаясь к неподвижной плите 8 (правой полуформе) и смыкаясь с ней. После этого шнек 6 благодаря поступательному движению давит на порцию расплава, которая под большим давлением (от 50 до 250Мпа) через литниковую втулку 13 попадает в центральный литник формы, далее расплав по разводным каналам поступает к впускным отверстиям, за которыми находится оформляющая полость формы. Расплав, заполняя эту полость, принимает форму будущего изделия. После впрыска, на материал в форме, некоторое время продолжает действовать давление создаваемое червяком, что регламентируется технологически установленным параметром процесса (стадия выдержки под давлением). После окончания выдержки под давлением шнек начинает вращаться, набирая новую порцию материала для следующей отливки. В это время происходит охлаждение (затвердевание) изделия в форме. После набора новой порции происходит размыкание формы и выталкивание готового изделия. Далее форма смыкается, и цикл повторяется снова.
В цилиндре в зависимости от происходящих физических процессов различают 3 зоны: зона загрузки; зона плавления; зона гомогенизации.
В зоне загрузки твердые частички захватываются гребнями червяка и по его винтовым каналам транспортируются вперед. Для перемещения материала коэффициент трения материала об стенки должен быть выше чем о червяк. Поэтому червяк имеет идеально гладкую полированную поверхность, а материальный цилиндр – более шероховатую (иногда на нем наносится специальная насечка). Для предотвращения термоокислительной деструкции и во избежание образования пробки на поверхности которой окажется слой расплава, зона загрузки охлаждается хладагентом (водой).
На определенном витке червяка происходит плавление материала, зону в которой полимер переходит в вязкотекучее состояние называют зоной плавления.
В зоне плавления материал меняет свой объем, т.к. выходит воздух ранее находящийся между частицами материала. Технологически в этой зоне необходимо производить сжатие материала, что успешно реализуется уменьшением шага червяка или глубины его нарезки. Поэтому вторую зону материального цилиндра еще называют – зоной сжатия.
В зоне дозирования – происходит выравнивание температуры, плотности и однородности материала, происходит его окончательная пластикация и гомогенизация.
Процесс формования самого изделия начинается с момента впрыска, и заканчивается охлаждением изделия и размыканием формы.