ПЕРЕРОБКА ПЛАСТМАС спінювання при лиття
Технологія спінювання термопластичних полімерних матеріалів при переробці литтям під тиском набула широкого розвитку у світі вже в 70–80 роки двадцятого століття…
В результаті застосування технології спінювання отримують вироби, що мають так звану інтегральну структуру: щільну оболонку і спінене серцевину. Такі вироби знайшли широке застосування завдяки таким властивостям як: - мала, порівняно з монолітним виробом тих же розмірів питома вага; - низький рівень внутрішніх напруг; - хороші акустичні властивості; - підвищена жорсткість при меншій вазі; - висока розмірна точність; - відсутність утяжин і короблення.
Формування інтегральної структури у виробах відбувається при литті під тиском термопластів у форму, що має порожнину достатньої товщини, при цьому термопласт повинен містити спеціальні газоутворювачі або гази. При упорскуванні розплаву термопласту у форму тиск різко падає, що міститься в розплаві газ розширюється, відбувається спінювання композиції та формування виробу.
Джерелами газу в розплаві термопласту можуть служити:- хімічні газоутворювачі (ХГО), сполуки, здатні розкладатися при температурі переробки термопластів з виділенням газоподібних продуктів: - фізичні газоутворювачі (ФГО), низькокиплячі рідини, виділення газу з яких відбувається за рахунок випаровування.
Одним із найпоширеніших способів, розроблених у НВО «Пластик», є спінювання за допомогою ХДО. Для спінювання слід використовувати ливарні марки ПЕВП, ПЕНП, ПП, ПС, УПС, АБС з високим індексом розплаву. Як ХГО застосовують азодикарбонамід (ЧХЗ-21), який є кристалічним порошком яскраво-жовтого кольору, що розкладається при Т =170 – 180 З виділенням азоту (65 %), окису вуглецю (31.5%) і двоокису вуглецю (3.6%). З погляду поліпшень умов праці переважно використовувати концентрати з урахуванням базового термопласту, ХГО та інших необхідних добавок, зокрема і антикорозійних. Як ХГО може використовуватися також бікарбонат натрію NаНСО, при розкладанні якого виділяється двоокис вуглецю та вода. Зазвичай застосовують суміш NаНСО і лимонної кислоти у співвідношенні 10 : 1, в цьому випадку кислота служить активатором виділення газоподібних продуктів. . У загальному випадку, чим простіше конфігурація виробу або чим більша товщина стінок, тим меншою має бути концентрація газоутворювача.
На підставі практичного досвіду умовно визначено три групи виробів, що вимагають різного рівня концентрації газоутворювача:- для різнотовщинних виробів, що мають ребра жорсткості, а також для усунення утяжин і короблення концентрація газоутворювача визначаться як 0.01 - 0.05%, - для виробів, щільність яких має бути зменшена на 5 - 10% (наприклад ящики тарні і т.д.) концентрація ХГО - 0.15-0.5%, - для виробів із щільністю, зменшеною на 30 - 40% з більш тонкою суцільною оболонкою та ніздрюватою серцевиною (наприклад: деталі меблів, корпусів приладів тощо) концентрація ХГО 0.5 - 1.5 %.
Вимоги до термопластавтоматів при литті спінених термопластів такі:- пластикатор повинен бути черв'ячного типу, шнек рекомендується тризонний із зоною завантаження 50 – 60 %, зоною дозування 20 % від загальної довжини шнека та ступенем пластикації 1 до 3:1. Для поліолефінів, що мають підвищену газопроникність,рекомендується шнек завдовжки 20D і більше. з традиційними термопластавтоматами і знижені питомі тиски лиття, так як упорскування у форму проводиться з недоливом, а вироби остаточно оформляються за рахунок внутрішнього тиску газів, що розширюються, - збільшені розміри кріпильних плит (для формування великогабаритних виробів).
Формуючий інструмент для лиття спінених термопластів має полегшену конструкцію внаслідок відносно невеликого внутрішнього тиску, не потрібно також ретельного полірування форми.
Технологічний процес МuСеll виробництва виробів литтям під тиском з полімерних матеріалів мікрокомірчастої структури включає наступні основні стадії: - Подача матеріалу. З бункера ливарної машини гранули термопластичного ПМ надходять у матеріальний циліндр, нагріваються і плавляться в міру переміщення матеріалу шнеком вздовж циліндра. Для технології МuСеll застосовуються спеціальні матеріальний циліндр та шнек із відношенням L/D рівним 28:1.
- Подача газу. За допомогою спеціальної системи SCF газ у суперкритичному стані (скраплений) крізь порти введення в матеріальному циліндрі ливарної машини подається в зону, в якій ПМ знаходиться в розплавленому стані.
- Розподіл газу на молекулярному рівні.структура нуклеїнового рівня, яка контролюється зміною параметрів тиску та температури. У зоні подачі газу матеріального циліндра внаслідок суміщення газу з розплавом полімерного матеріалу та утворення дрібної пористої структури спостерігається збільшення плинності (до 50%) та зниження температури плинності, наприклад, для поліпропілену з 220°С до 150°С, для полістиролу з 220°С до 125°С, а для полісульфону з 370°С до 295°С.
- Лиття під тиском. Упорскування розплаву ПМ з нуклеїновою комірчастою структурою в ливарну форму типової або полегшеної конструкції. Створюються більш сприятливі умови для заповнення оформлювальних порожнин форми та отримання бездефектних виробів.
- Охолодження розплаву ПМ у формі. При попаданні розплаву в оформляючі порожнини форми відбувається збільшення розмірів нуклеїнових осередків, швидке розтікання розплаву та заповнення порожнин, формування тонкої суцільної полімерної оболонки виробів на охолоджених поверхнях оформлювальних порожнин, а по товщині - Формування пінопласту однорідної комірчастої структури з розмірами осередків від 5 до 50 мкм. Ці процеси у формі зумовлюють скорочення часу витримки під тиском і охолодження. У відформованих виробах не спостерігається усадкових утяжок, «холодних» спаїв та короблення після вилучення з форми.
Експериментально підтверджені наступні особливості МuСеll технології лиття під тиском технічних термопластів з однорідною мікрокомірковою структурою:– Найкращі результати та відтворювана мікрокоміркова структура досягається при використанні в процесі лиття під тиском вуглекислого газу або азоту (в суперкритическом – Забезпечення екологічної чистоти виробничого процесу, – Поліпшення пластикації розплавівтермопластів у матеріальному циліндрі ливарної машини порівняно з традиційним процесом лиття під тиском, – Застосовність технології до більшості промислово освоєних технічних і спеціальних термопластів. В даний час багато провідних західних фірм передбачають встановлення додаткового обладнання для реалізації цієї технології на ливарних машини власної розробки.
Н.М. Чала, к.т.н., ВАТ МІПП - НВО «Пластик» О.Я. Михасенок, к.т.н., Інф.бюлетень «Полімерні матеріали»
Джерело: Пластичні маси