При желании можно увеличить размеры кристаллов, в этом случае необходимы структурообразователи. Ими будут являться окислы алюминия и ванадия, кварц, двуокись титана и др.
Нестационарные условия теплопередачи и скорости охлаждения при формовании изделий из полимеров способствуют получению изделий с неоднородной структурой , более мелкие кристаллы у поверхностных слоев.
В случае необходимости однородные свойства изделий можно обеспечить с помощью отжига или последующей термообработки при температуре ниже температуры плавления. При отжиге уменьшается объем изделия и повышается плотность, причем чем выше температура и больше время выдержки, тем выше плотность изделия. Термообработка целесообразна в тех случаях, когда необходимы повышенные твердость, модуль упругости, механическая прочность, теплостойкость и стойкость к циклическим нагрузкам, при этом уменьшаются относительное удлинение и ударная вязкость.
Полнота протекания указанных процессов в значительной мере определяет качество готового изделия, а скорость протекания этих процессов определяет производительность способа переработки полимеров.
Форму изделия из термопласта получают в результате развития в полимере пластической или высокоэластичной деформации под действием давления при нагреве полимера.
В зависимости от способа переработки отверждение совмещается с формованием изделия, происходит после оформления изделия в полости формы или при термической обработке сформованной заготовки. Для увеличения съема продукции с оборудования окончательное отверждение может производиться вне формующей оснастки, так как устойчивость формы приобретается задолго до завершение этого процесса. По этой же причине изделие извлекают из формы без охлаждения.
При переработке полимеров происходит ориентация макромолекул в направлении течения материала. Наряду с различием в ориентации на разных участках неоднородных по сечению и длине изделий возникает структурная неоднородность, и развиваются внутренние напряжения.
Наличие температурных перепадов по сечению и длине детали ведет к еще большей структурной неоднородности и появлению дополнительных напряжений, связанных с различием скоростей охлождения, кристаллизации, релаксации, и различной степенью отверждения.
Неоднородность свойств материала не всегда допустима и часто приводит к браку. Снижение неоднородности молекулярной структуры и внутренних напряжений удается достигнуть термической обработкой готово изделия. Однако более эффективно использование методов направленного регулирования структур в процессах переработки. В таком случае надо вводить в полимер добавки, оказывающие влияние на процессы образования надмолекулярных структур и способствующие получению материалов с желаемой структурой.
Чтобы понять химизм процесса литья под давлением из полимеров нужно углубиться в их структуру.
Итак, Полимеры состоят из повторяющихся групп атомов - звеньев исходного вещества - мономера, образующих молекулы в тысячи раз превышающих длину неполимерных соединений, такие молекулы называют макромолекулами.
Чем больше звеньев в макромолекуле полимера, тем более прочен материал и более стоек к действию нагрева и растворителей. Из-за невозможности эффективной переработки малоплавкого и труднорастворимого полимера в ряде случаев получают сначала полуфабрикаты - полимеры со сравнительно низкой молекулярной массой - олигомеры, легко доводимые до высоко молекулярного уровня при дополнителной тепловой обработке одновременно с изготовлением изделия.
В зависимости от состава различают группы полимерных соединений:
- Гомополимеры (полимеры, состоящие из одинаковых звеньев мономеров).
- Сополимеры (полимеры, состоящие из разных исходных звеньев мономеров).
- Элементоорганические (соединения с введенными в главную цепь или боковые цепи атомами кремния, бора, алюминия и др. Эти соединения обладают повышенной теплостойкостью).
У органических полимерных материалов макроструктура образована либо свернутыми в клубки гибкими макромолекулами, называемые глобулами. Либо пачками более жестких макромолекул - ламелями, параллельно уложенных в несколько рядов, так как в этом случае они имеют термодинамически более выгодную форму, при которой значительная часть боковой поверхности прилегает друг к другу. На участках складывания образуются домены, а домены создают фибриллы, связанные проходными участками. Несколько доменов соединяясь по плоскостям складывания, образуют первичные структурные элементы - кристаллы, их которых при охлаждении расплава возникают пластинчатые структуры - ламели. В процессе складывания ламелей концы молекул могут находиться в разных плоскостях, иногда эти концы молекул частично возвращаются в начальную плоскость- в этом случае они создают петли.
Молекулярное строение или их химический состав и способ соединения атомов в молекулу, однозначно не определяет поведение полимерного материала, построенного из макромолекул. Свойства полимеров, особенно в кристаллическом фазовом состоянии, зависят от их надмолекулярной структуры, также способа упаковки макромолекул в пространственно выделенных элементах, размера и формы таких элементов и их взаимного расположения в пространстве. Другими словами, под надмолекулярной структурой понимают сложные агрегаты из большого числа макромолекул, образующиеся в результате действия межмолекулярных сил.
1.6 Описание технологической схемы производства
Конструктивно термопластавтоматы имеют большое разнообразие, что стало следствием их активного развития, совершенствования и увеличения областей применения. В общем же случае выделяют два основных элемента ТПА: узел пластикации и узел смыкания, дополняемый узлом выталкивания.
Путь следования сырья по инжекторно-литьевой машине, первым идет узел пластикации или другими словами узел подготовки. Загрузка предварительного просушенного и измельченного сырья, то есть гранул твердого пластика, происходит через загрузочное устройство. Далее пластик попадает в обогреваемый цилиндр и перемещается вдоль него усилием вращающегося шнека. Под воздействием тепла от нагревательного элемента, расположенного вокруг цилиндра, и трения друг о друга и о сам шнек гранулы сырья пластицируются, то есть происходит их переход из твердого состояния в пластическое. В таком виде пластик поступает в переднюю части цилиндра перед соплом, где и накапливается для последующего впрыска в пресс-форму, а давление впрыска обеспечивается поступательным движением шнека.
Далее следует узел смыкания, где происходит непосредственно сам процесс литья под давлением. Полимер впрыскивается в пресс-форму, которая состоит из двух смыкающихся плит, образующих между собой полость. Части пресс-формы прижимаются друг к другу с определенным усилием, необходимым для предотвращения просачивания полимера наружу, так как давление впрыска внутри формы стремится раздвинуть плиты. Когда конечное изделие сформировано и отверждено, пресс-форма раскрывается, а изделие выталкивается наружу и удаляется, после чего плиты опять смыкаются и процесс литья повторяется вновь. Элементы инжекторно-литьевой машины приводятся в движение гидравлическим приводом, работу которого в свою очередь обеспечивает электродвигатель. Всё подробно можно рассмотреть на рисунке 10.
К основным этапам процесса литья под давлением относят:
- смыкание пресс-формы
Процесс начинается с соединения плит пресс-формы и образования полости между ними, куда и будет происходить литье. Минимальное количество плит две: подвижная (плита пуансона) и неподвижная (плита матрицы), но при отливке сложных изделий количество плит может быть больше. Во избежание удара к моменту соприкосновения скорость подвижной плиты уменьшают. Также производится прижатие узла пластикации к форме, если рассматривается случай холодноканального литья (литниковый канал не обогревается, сам литник требует удаления с детали и уходит в отход), в то время как при горячеканальном литье (литниковый канал обогревается, обеспечивается безотходность процесса) узел пластикации остается прижатым к форме на протяжении всего цикла.
- впрыск
Впрыск под давлением осуществляется за счет поступательного движения шнека или плунжера. Для предотвращения обратного хода пластической массы в зависимости от конструкции узла пластикации могут использоваться обратные или отсечные клапаны. В общем случае впрыск протекает в две стадии: заполнение формы и сжатие, хотя в отдельных случаях количество стадий может быть и больше. Вытесняемый в ходе впрыска воздух удаляется из формы через специальную вентиляционную систему.
- выдержка
После заполнения формы начинается процесс охлаждения ее содержимого за счет теплообмена между стенками и отвердевающей пластической массой. Выдержка происходит под давлением, что необходимо для компенсации усадки изделия, возникающей в процессе охлаждения. На завершающем этапе выдержки давление снимается, и происходит окончательное затвердевание изделия.
- пластикация
По завершении выдержки, когда снимается давление на форму со стороны шнека, начинается процесс подготовки новой порции пластической массы для отливки следующего изделия. Шнек приводится во вращательное движение, и материал в межвитковом пространстве начинает продвигаться в сторону сопла, попутно переходя в пластическое состояние под действием подводимого к цилиндру тепла. Чтобы освободить пространство для новой порции пластика, шнек также отодвигается назад, то есть одновременно осуществляет вращательное и осевое движение.
- размыкание пресс-формы и извлечение изделия
Если предполагается затвердевание литника, от формы отводится весь узел впрыска, однако, как уже отмечалось выше, в случае горячеканального литья размыкания не происходит. Когда изделие полностью отвердевает, начинается процесс его извлечения. Для этого пресс-форма размыкается, а изделие вытесняется толкателями и падает в сборный поддон. В тех случаях, когда требуется бережное обращение с изделием, его извлечение осуществляется оператором вручную или специальными манипуляторами. Инжекторно-литьевая машина становится готовой для повторного цикла.
Вместе эти стадии образуют повторяющийся цикл литья, по которому работает термопластавтомат. Продолжительности каждой из стадий в сумме дают общее время цикла, которое в разных случаях может варьироваться от нескольких секунд до нескольких минут. В большинстве случаев наибольшее время занимают выдержка под давлением и пластикация, но конкретное соотношение длительности стадий во многом зависит от конфигурации изготавливаемого изделия и используемого сырья. Типичная закономерность выглядит таким образом, что чем больше масса изделия и толще его стенки, тем дольше будет длиться выдержка и пластикация, а в противоположном случае при отливке небольших и/или тонкостенных деталей критическими будут этапы смыкания и размыкания пресс-формы.
1.7 Нормы технологического режима и контроль производства
Основные операции:
1. Подготовка к началу работы установки
В первую очередь необходимо проконтролировать рабочую одежду на соответствие требованиям техники безопасности. Далее, проверяется циркуляция охлаждающей воды и подключение установки к электрической сети. После этого контролируется рабочее состояние проводов и соединений, разъемов термопар нагревательных элементов материального цилиндра, а также выключателей нагревательных элементов.
2. Проверка работы гидравлического цилиндра
Включение и остановка электрического привода допускается только после осуществления ряда работ. Так, перед включением необходимо убедиться, что уровень масла находится на отметке не выше средней, а также проверить рабочее состояние элементов системы (клапанов, масляного фильтра, гибких магистралей и т.п.). Посторонние шумы во время работы масляного насоса свидетельствуют о неисправностях. При наличии любой неисправности запуск масляного насоса запрещается.
Включение и остановка электрического привода осуществляется в следующей последовательности: Включить электропитание, Перевести установку в ручной режим, Нажать кнопку «запуск» (произойдет включение электропривода), Повторное нажатие кнопки «запуск» или «аварийная остановка» прекращает работу привода гидравлического насоса.
3. Настройка работы узла пластификации.
Работы с узлом впрыска разрешаются только спустя 15 минут после нагрева элементов материального цилиндра до необходимой температуры. Если в материальном цилиндре нет сырья. Подача охлаждающей воды на теплообменник зоны загрузки сырья до нагрева материального цилиндра, предотвратит образование пробки из расплавленного материала.
Настройка должна происходить в следующем порядке: на центральном компьютере необходимо выставить дозу впрыскиваемого полимера в соответствии с массой отливки, температура зон нагрева материального цилиндра задается в соответствии с условиями техпроцесса, регулируется перемещение шнека в процессе впрыска, время и параметры выдержки под давлением, перемещение узла пластификации производится нажатием кнопки «подвод», если необходимо, подвод сопла до касания центральной литниковой втулки пресс-формы нужно производить постепенно и медленно, давление в гидравлических магистралях должно быть понижено. Узел пластификации отводится кнопкой «отвод», положение шнека выставляется компьютером, шнек совершает вращательные движения и отводится назад внутри материального цилиндра до остановки в заданном положении посредством нажатия кнопки «загрузка сырья». Так происходит загрузка сырья в материальный цилиндр. Операцию можно производить повторно.