Второй учебный вопрос. Производство изделий из пластмасс

Состояние полимеров. Полимеры – основа пласт­мacc – могут находиться в двух агрегатных состояниях: твер­дом – аморфном или кристаллическом и жидком – вязкотеку­чем. При нагреве до определенных температур они могут разлагаться.

Из термомеханической кривой видно, что аморфные полимеры при температуре Т_с переходят из стеклообразного состо­яния в высокоэластичное и затем при температуре Т_т – в вязко­текучее. Кристаллические полимеры практически не имеют зоны высо­ко-эластического состояния и при нагреве сразу переходят вязкотекучее состояние.

И сходя из зависимости дефор­мации и состояния поли­меров от температуры, пластмассы пере­рабатывают в вязкотекучем, высокоэластическом и твердом состояниях, а также производят сварку и склеивание.

Переработка пластмасс в вязкотекучем состоянии.

К основным способам переработки пластмасс в изделия в вязко­текучем состоянии относятся: горячее прессование, прессование листов и плит; литье под давлением, выдавливание.

Горячее прессование применяют для изготовления де­талей из термореактивных пластмасс с порошковыми или волок­нистыми наполнителями. В исходном состоянии такие пластмассы (пресс-материалы) находятся в виде порошка, волокон, гранул или таблеток. При горячем прессовании деталей нагрев пресс-форм необходим для перевода пресс-материала в вязкотекучее состояние и последующего его отверждения (полимеризации).

Горячее прессование подразделяют на прямое и литьевое.

П рямое прессование осуществляется в закрытых пресс­формах на гидропрессах; давление на пресс-материал 2 (рис.1, а), размещенный в матрице 1, передается через пуансон 3. При этом осуществляется собственно процесс прессования и отверждения пластмассы. Затем пуансон 3 поднимается в исходное верхнее по­ложение, пресс-форма раскрывается и деталь 4 удаляется с помощью выталкивателя 5.

При литьевом прессовании пресс-материал 4 (рис.1, б) за­гружают не в матрицу 1 пресс-формы, а в обогреваемую загрузочную камеру 3, где он переходит в вязкотекучее состояние и затем под давлением пуансона 5 перетекает через пуансон 2 в матрицу 1 пресс-формы. После выдержки, необходимой для отверждения, пресс-форма раскрывается при поднятии пуансона 5, загрузочной камеры 3 и пуансона 2 и деталь 6 удаляется из формы с помощью выталкивателя 7. Литьевое прессование позволяет получать сложные по форме детали, с глубокими отверстиями и резьбой, со сложной металлической арматурой.

Литьевое прессование производится при температуре 140...190 ºC, давлении 50...70 МПа и выдержке 0,5...1 мин на 1 мм толщины детали.

Прессование листов и плит осуществляется на многоэтажных гидравлических прессах между плитами, обычно обогреваемыми паром и охлаждаемыми водой. Исходным материалом служат па­кеты листового наполнителя (бумаги, тканей, древесного шпона), пропитанного фенолформальдегидной смолой. Так полу­чают гетинакс, текстолит, асботекстолит, ДСП, которые перерабатывают в детали обработкой реза­нием.

Литье под давлением производится на специальных литьевых машинах и применяется главным образом для переработки термопластов: полиэтилена, винипласта, полистирола, полиамидов и др .

П ерераба­тываемый термопласт в виде гранул или порошка из бункера 7 (рис. 2) подается дозатором 8 в цилиндр 5 с электронагревателем 4. При движении плунжера 6 доза материала перемещается в зону нагре­ва, плавится и через сопло 3 поступает в полость 2 пресс-формы 1. После выдержки в несколько секунд для затвердевания материала (охлаждение пресс-формы водой) плунжер 6 возвращается в исходное положение, форма раскрывается и изделие удаляется.

Литье под давлением характеризуется высокой производитель­ностью: процесс длится 5...20 с. Детали имеют чис­тую поверхность, точные размеры и не требуют дополнительной механической обработки (за исключением удаления литников). Благодаря высокой текучести нагретого до температуры 150…300 ºC пластика и давлению 10...200 МПа литьем под давлением получают изделия слож­ной формы с различной толщиной стенок, глубокими отверстиями с резьбой, ребрами жесткости массой от нескольких граммов до 1 кг.

В ыдавливание, или экструзия, приме­няется для получения труб, прутков и про­филей различного сечения, пленок, на­несения изоляции на провода и т. д. Выдавливание осуществляется на специальных червячных машинах – экструдерах (рис. 3). Гранулированный или порошкообразный термопласт из бункера 1 поступает в рабочий цилиндр 3, перемещается червяком 2 в зону нагревателя 4, переходит в вяз­котекучее состояние и выдавливается через ка­либрованное отверстие в головке 6. Для образования отверстия слу­жит оправка 5. Полученное изделие проходит водяную ванну, затем сматывается либо разрезается на куски.

Разновидностью экструзии термопластов является выдавлива­ние листов и пленок.

Д ля получения листового материала применяют щелевые го­ловки шириной до 1,6 м. Выходящее полотно проходит через валки гладильного и тянущего устройства и затем сматывается в рулоны.

При производстве пленок экструдируемая труба раздувается сжатым воздухом в рукав 4 (рис. 4) определенного размера и после обжатия валками 6 наматывается в виде двойной плоской ленты на барабан 7. Толщина пленки определяется степенью разду­ва и вытяжки рукава и регулируется скоростью вращения валков 6. Этим способом получают пленку толщиной до 40 мкм.

Рис. 4. Схема изготовления пленки способом раз­дува: 1 – экструдер; 2 – головка экструдера: 3 – охлаждающее устройство; 4 – рукав; 5 – направляющие валики; 6 – захва­тывающие валики; 7 – барабан

Переработка пластмасс в высокоэластическом состоянии

В высокоэластическом состоянии перерабатывают термопласты (оргстекло, винипласт) методом формования с це­лью получения из них крупногабаритных изделий.

Пневматическое формование. Листовую заготовку 3 (рис.5, a) с помощью опорного 2 и прижимного 4 колец с резиновыми прокладками укрепляют на матрице пресса 1 и нагревают специальным нагревателем до заданной температуры. Затем, опустив коллектор 5, подают в него сжатый до 1...2,5 МПа воздух, который и формует изделия, прижимая за­готовку 3 к поверхности полости матрицы 1.

Пневматическое формование применяется также для получения полых изделий типа банок, бутылей, баков способом выдувания из трубчатых заготовок.

Вакуумное формирование применяют для получения изделий по форме тел вращения малой глубины (с отношением глубины к диаметру 0,4... 0,8). В этом процессе (рис.5, б) формование изделия осуществляется за счет атмосферного давления в связи с разрежением, создаваемым в полости между заготовкой 3 и по­верхностью матрицы 1 при откачке воздуха из полости 6. Вакуум­ное формирование отличается простотой оборудования и т ехноло­гического процесса, однако небольшой перепад давления ограничи­вает применение этого способа толщиной до 2 мм.

Штамповка - формование изделий из нагре­тых листовых термопластов в формах-штампах при двустороннем контакте материала с пуансоном и матрицей. Этот способ переработки пластмасс применяют для получения неглу­боких изделий типа козырьков, стекол осветительных устройств, обтекателей и т. п.

Давление при штамповке листовых пластиков обычно не превышает 0,05...1 МПа. Поэтому детали штампов могут быть изготов­лены как из металлов, так и неметаллов (текстолита, древесно-сло­истых пластиков, дерева). Штамповка может выполняться в штампах с жест­ким и эластичным пуансоном. Схема приведена на рис.6.