Основы технологии производства изделий из пластмасс

Пластмассы — органические материалы на основе полимеров [22].

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 функцию. В композиционных пластмассах смола является связующим для других составляющих. Свойства связующего во многом определяют физикомеханические и технологические свойства пластмассы. Содержание связующего в пластмассах составляет от 30 до 70%.

Помимо связующего в состав композиционных пластмасс входят добавки — наполнители (для повышения механической прочности, теплостойкости и т. д.), пластификаторы (увеличивающие эластичность, текучесть, гибкость), красители, отвердители, катализаторы (ускоряющие процесс отверждения) и т. д. При изготовлении газонаполненных пластмасс (порои пенопластов) в полимеры вводят газообразователи.

Конструкционные пластмассы в зависимости от показателей механической прочности подразделяют на три основные группы: низкой, средней и высокой прочности.

По поведению при нагревании пластмассы делятся на термопластичные и термореактивные. Термопластичные пластмассы размягчаются при нагревании и затвердевают при охлаждении. Это свойство имеет обратимость. Термореактивные пластмассы при нагреве необратимо затвердевают в результате химической реакции.

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

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

Под усадкой понимают абсолютное или относительное уменьшение размеров детали по сравнению с размером полости пресс-формы.

Скорость отверждения — продолжительность процесса перехода реактопластов из высокоэластичного или вязкотекучего состояния в состояние полной полимеризации.

Под термостабильностью понимают время, в течение которого термопласт выдерживает определенную температуру без разложения. Высокую термостабильность имеют полиэтилен, полипропилен, полистирол и др. Переработка их в детали сравнительно проста. Для материалов с низкой термостабильностью (полиформальдегид, поливинилхлорид и др.) необходимо предусматривать меры, предотвращающие возможность разложения их в процессе переработки.

Выбор способа переработки пластмасс зависит от их физического состояния, технологических свойств и других факторов.

В вязкотекучем состоянии переработку ведут прессованием, литьем под давлением, выдавливанием и другими способами.

Прессование реактопластов производится в обогреваемых прессформах (рис. 9.2, а). В полость матрицы 3 загружают предварительно таблетированный или порошкообразный материал 2. При замыкании пресс-формы под действием усилия пресса пуансон 1 создает давление на прессуемый материал (рис. 9.2, б).

Под действием давления и тепла материал размягчается и заполняет полость пресс-формы. После определенной выдержки, необходимой для отверждения материала, форма раскрывается и готовая деталь 4 выталкивается толкателем 5 (рис. 9.2, в). Так получают детали средней сложности и небольших размеров.

Рис. 9.2. Схема прямого прессования

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

Перерабатываемый материал из загрузочного бункера 8 (рис. 9.3) 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 8 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 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.

Рис. 9.3. Схема литья под давлением

Применяют литейные машины, позволяющие механизировать и автоматизировать процесс получения деталей. Производительность процесса литья в 20—40 раз выше производительности прессования.

Непрерывным выдавливанием получают детали большой длины различного профиля (рис. 9.4, б). При получении пленок из термопластов (полиэтилена, полипропилена и др.) используют метод раздува выдавленного полуфабриката в виде трубы сжатым воздухом.

Рис. 9.4. Непрерывное выдавливание:

а — схема установки; б — профили получаемых деталей Непрерывное выдавливание (экструзия) отличается от других способов переработки термопластов непрерывностью, высокой производительностью и возможностью получения на одном и том же оборудовании большого многообразия деталей.

Выдавливание осуществляют на специальных червячных машинах. Перерабатываемый материал в виде порошка или гранул (рис. 9.4,.

а) из бункера 1 попадает в рабочий цилиндр 8, 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.

В высокоэластичном состоянии из нагретых термопластов получают пневмоформовкой, вакуумформовкой, штамповкой крупногабаритные детали.

Пневмоформовка состоит в том, что нагнетанием воздуха создается разность давлений, под действием которой происходит формоизменение заготовки по профилю матрицы (рис. 9.5).

Вакуумформовка состоит в том, что перепад давлений создается откачиванием воздуха из полости матрицы, к которой прижата нагретая заготовка. Схема вакуумной формовки аналогична схеме пневматической формовки (рис. 9.5).

Рис. 9.5. Схема пневматической формовки

Штамповка выполняется аналогично технологиям листовой штамповки металлов. Схемы процессов штамповки жесткими и эластичными пуансонами приведены на рис. 9.6.

Рис. 9.6. Штамповка пластмасс: жестким (а) и эластичным (б) пуансоном.