Горячего прессования и литья под давлением.

Задачи работы: ознакомиться с оборудованием для переработки пластмасс методами горячего прессования и литья под давлением., изучить технологические процессы переработки термопластичных и термореактивных пластмасс.

Теоретические сведения.

Пластмассами называются материалы, получаемые на основе высокомолекулярных органических веществ, которые при определенных условиях (температура и давление) становятся пластичными и их можно посредством деформации перерабатывать в изделия. Пластмассы могут состоять только из одного высокополимерного вещества (чистые полимеры) или представлять собой композицию из высокополимерной смолы, наполнителя, пластификатора, красителя и других добавок. Высокополимерная смола в этом случае служит связующей частью пластмассы. Наполнители могут повышать прочность пластмасс, увеличивать их ударную вязкость, изменять электро- и теплопроводность, обеспечивать хорошие фрикционные или антифрикционные свойства и т.д. Наполнители бывают органического или неорганического происхождения в виде порошков (древесная мука, каолин, тальк), волокнистых (асбестовое волокно, стеклянное волокно) и слоистых материалов (ткань, бумага, древесный шпон).

В зависимости от поведения связующего вещества (полимерной смолы) при нагреве пластмассы делят на термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты).

Термопласты способны переходить в вязкотекучее состояние при нагревании без химических превращений. Горячее формирование таких пластмасс может проводиться многократно и они называются обратимыми. К этой группе относят полимеры с линейной или разветвленной структурой: полиэтилен, полипропилен, капрон, полистирол и др.

Реактопласты только на первой стадии нагрева переходят в вязкотекучее состояние, необходимое для формования, а затем их связующее вещество претерпевает необратимые химические превращения и они становятся твердыми, теряя при этом способность переходить при повторном нагреве в пластическое состояние или растворяться. К этой группе относятся полимеры с объемно-сетчатой структурой: фенольно-альдегидные, мочевино-альдегидные и др.

Технология переработки пластмасс различна в зависимости от того, принадлежат ли формуемые материалы к группе термопластичных или термореактивных. Основными технологическими параметрами, характеризующими процесс получения изделий из пластмасс, являются температура, давление и продолжительность процесса. Пластмассы нагревают до оптимальных температур, при которых они приобретают необходимую для формования пластичность. Отклонение от оптимальных температур может вызвать деструкцию (разложение макромолекул) или затруднить переработку. У термопластичных пластмасс пластичность возрастает с увеличением температуры и времени нагрева. Пластичность же термореактивных пластмасс, наоборот, с увеличением выдержки при данной температуре убывает. Это объясняется переходом материала в термостабильное твердое состояние за счет протекания реакции отверждения. Давление в процессе формования перераспределяет разогретый материал и придает ему конфигурацию изделия. Продолжительность процесса получения изделия зависит от времени разогревания материала до пластического состояния, времени процесса формования и времени отверждения отформованного изделия.

Существует много методов переработки пластмасс в изделия. Выбор конкретного метода зависит от характера перерабатываемой пластмассы (термореактивная или термопластичная), вязкости пластмассовой композиции, скорости отверждения, поведения составляющих пластмассы, геометрических размеров и конфигурации изделия и др. Наиболее часто пластмассы перерабатывают в изделия компрессионным горячим прессованием и литьем под давлением.

Компрессионное горячее прессование применяется большей частью для переработки термореактивных пластмасс (фенопластов, аминопластов, силикопластов и др.)и некоторых термопластичных материалов (винипласт, капрон). На рисунке 12 представлена схема горячего компрессионного прессования, которое выполняется на гидравлических прессах под большим давлением в пределах 10-25 Мпа (250 кгс/см²).

Рис.12.Схема процесса горячего прессования.

Холодный или подогретый материал 4 в виде порошка, гранул или таблеток загружают в нагретую до температуры 150-200ºС пресс-форму 1. Под действием температуры и давления пуансона 2 пресс-материал доводят до вязкотекучего состояния, и он заполняет всю полость прессформы, которая через некоторое время, достаточное для отверждения материала, раскрывается, и изделие извлекается выталкивателем 5 без охлаждения пресс-формы.

В состав пресс-материала входят: смола, наполнитель, пластификатор, краситель, отвердитель и специальные добавки. В качестве связующего вещества чаще применяют фенолформальдегидные или мочевиномеламиноформальдегидные смолы. Наполнителями в пресс-материалах служат органические (древесная мука, сажа, лигнин) или неорганические вещества (кварцевая мука, молотая слюда). Смазывающие вещества- стеарин, олеиновая кислота- вводится в пресс-материалы для облегчения извлечения изделий из пресс-формы. Основным отвердителем является уротропин, который при температуре формования разлагается на фенол и аммиак. Последний играет роль катализатора в процессе превращения новолачной смолы в необратимую резольную. Промышленность выпускает большое количество пресс-материалов в виде пресс-порошков или таблеток с различной композицией и различным назначением. Например, пресс-порошки марок К-12-2, К-18-2 имеют в качестве связующего новолачную фенолформальдегидную смолу и наполнитель- древесную муку. Они применяются для изготовления большой номенклатуры деталей машиностроительной и электротехнической промышленности.

Литье под давлением осуществляется на специальных литьевых машинах. Этим методом чаще всего перерабатывают термопласты (полиэтилен, полиамидные смолы, полипропилен, сополимеры полистирола и др.). Применение этого процесса для термореактивных пластмасс затрудняется тем, что они находятся в вязкотекучем состоянии в очень малом интервале по времени.

При литье под давлением порошкообразный или гранулированный материал загружают в рабочий цилиндр. Движением поршня перемещают материал в нижнюю обогреваемую часть цилиндра и его уплотняют. Находясь в цилиндре, пресс-материал нагревается системой электронагрева до вязкотекучего состояния и выдавливается поршнем через сопло по литниковым каналам в предварительно замкнутую пресс-форму. При переработке этим методом термопластов пресс-форма перед извлечением из нее изделия охлаждается.

Метод литья под давлением отличается высокой производительностью (до 500 отливок в час) и находит широкое применение в производстве.

Порядок выполнения работы:

1.Определить по справочным данным режим переработки пресс-порошка К-18-2 на основе фенолформальдегидной смолы горячим прессованием (давление, температура, время) и для полиэтилена литьем под давлением.

2.Переработать пластмассу (пресс-порошок К-18-2) в изделие методом горячего прессования, фиксируя режимы переработки. Процесс прессования осуществляется на ручном гидравлическом прессе с усилием 45 кН (4500 кгс) в специальной пресс-форме с электрообогревом при давлении 12-15 Мпа и температуре 140-160ºС.

3.Переработать полиэтилен с наполнителем (сажа) или без наполнителя методом литья под давлением. Процесс осуществить на литьевой установке с электрическим подогревом рабочего цилиндра при давлении 100-150 Мпа и температуре 180-200ºС.