Литье полимеров под давлением - формование изделия

При формовании пластицированный материал проходит под давлением через сопло, литниковую систему и заполняет полость пресс-формы. Во время впрыска массы в форму происходят утечки материала по червяку (обратный поток). Размеры этих утечек зависят от давления литья, температуры материала, а также от температуры материального цилиндра (в частности, от способа его обогрева). Установлено, что при повышении давления литья, температуры материала и хода червяка утечки увеличиваются. При жидкостном обогреве цилиндра, когда его температура ниже температуры перерабатываемой массы, утечки невелики. При электрическом обогреве материального цилиндра утечки могут достигать 30% от объема основной порции. Утечки материала во время впрыска следует учитывать при установлении дозы материала. Изделия из фенопластов формуют в нагретой форме при 140-200°C. Как отмечалось выше, масса, поступающая из материального цилиндра, в литниковой системе и форме дополнительно нагревается. Нагревание и отверждение материала, а также приток новых порций материала из материального цилиндра влияют на изменение давления в форме во время формования.

После отверждения материала в литниковых каналах пресс-форма изолируется от материального цилиндра, и дальнейшее отверждение основной массы происходит без притока новых порций.

На основании приведенного выше можно представить диаграмму теплового баланса литья под давлением реактопластов (рис. 1).

При любой температуре формы количество теплоты, подводимое к впрыскиваемой массе в материальном цилиндре и возникающее за счет экзотермической реакции, остается постоянным. Выделение теплоты в сопле цилиндра и литниковой системе с увеличением температуры формы несколько увеличивается.

На стадии формования должно быть обеспечено оптимальное заполнение формы расплавом, без образования облоя, что зависит от таких параметров, как давление в форме, температура материала и формы, скорость впрыска, продолжительность подпитки и др. Температура литьевой формы не может быть использована как объект регулирования и управления процессом литья в цикле, так как является инерционным параметром.

Диаграмма теплового баланса литья под давлением фенопластов
Рис. 1. Диаграмма теплового баланса литья под давлением фенопластов
Qц - теплота, подводимая к массе в материальном цилиндре;
Qэкз - теплота, выделяющаяся при экзотермической реакции;
Qл - теплота, возникающая за счет трения в сопле и литниковой системе;
Qф - теплота, подводимая к форме

Давление формования - наиболее информативный и безинарционный параметр процесса. Давление как параметр может регулироваться в течение большей части цикла формования.

Скорость впрыска для автоматического управления может быть эффективно использована совместно с регулированием давления. При отсутствии такой связи регулирования одной скорости впрыска недостаточно. Это объясняется тем, что период заполнения формы является начальным в процессе формования. В этот период главную роль играет скорость впрыска. Однако скорость впрыска не может оказать решающего и окончательного воздействия на последующие стадии формования, изменяемое по определенному закону. Если давление литья установлено слишком низким, то при впрыске оно очень быстро достигается и форма заполняется с постоянно изменяющейся скоростью, что приводит к значительным колебаниям массы отливки. То же самое происходит при равенстве давления впрыска и давления подпитки, т.е. при отсутствии переключения давления. Это обычные режимы литья реактопластов, которые еще часто применяются на практике.

Во время уплотнения расплава главным являются ругулируемый режим подпитки с замедленным ростом давления в форме. На рис. 2 показано преимущество регулируемого режима литья (кривые 2) по сравнению с нерегулируемым режимом (кривые 1), при котором происходит резкое нарастание давления в форме и образование зазоров в плоскости разъема пресс-формы, что приводит к образованию облоя. Этот облой иногда прилипает к поверхности разъема формы, из-за чего перед последующим впрыском форма закрывается неплотно. Поскольку при заполнении предпочтительнее высокое давление, а в период уплотнения пониженное, то в большинстве случаев следует проводить переключение, избегая пикового нарастания давления (кривые 1,1'). При регулируемом режиме (кривые 2,2') давление в форме изменяется плавно. Для этого при достижении давления в форме около 2 МПа производят переключение с режима впрыска на режим подпитки, тогда давление и скорость воздействия на расплав значительно уменьшается. Такой регулируемый режим значительно снижает образование зазора в форме и соответственно облоя, что в свою очередь дает экономию в расходе материала и обеспечивает стабильный автоматический режим литья.

Сравнение нерегулируемого и регулируемого режимов литья под давлением реактопластов
Рис. 2. Сравнение нерегулируемого (кривые 1, 1')и регулируемого (кривые 2, 2") режимов литья под давлением реактопластов по давлению в форме (__________) и
способности материала изделия пропускать влагу или воздух (---------)

Важное значение имеет момент переключения давления. При слишком запоздалом переключении появляются максимумы гидравлического давления, которые вызывают также высокое давление в форме. При слишком раннем переключении давление в форме поднимается с опозданием и медленно, что может привести к преждевременному отвержению ранее впрыснутого материала. Управление переключением можно осуществлять в зависимости от хода червяка, времени и давления. Переключение по ходу червяка может быть осуществлено в любом случае, однако оно не устраняет заметного колебания массы отливки.

Переключение по давлению в форме уменьшает колебание массы отливки, но требует установки в форме датчика давления.

После переключения большую роль играет время подпитки. Для реактопластов подпитка возможна до момента отверждения литника.

Другим важным момнтом на стадии формования является взаимосвязь во времени изменения давления и вязкости.

В термопластавтомате где давление впрыска создается посредством червяка, давление и скорость впрыска тесно связаны друг с другом. На разных стадиях литья давление и скорость впрыска регулируются соответственно клапанами регулирования давления и скорости в гидросистеме. На практике оптимальное значение давление впрыска, скорости и времени обычно определяют эмпирически. В случае аминопластов и фенопластов давление впрыска устанавливается в пределах 100-150 МПа, а скорость впрыска составляет более 50мм/с при однократном впрыске дозы материала массай 20-200 г. Далее материал выдерживают в форме при давлении меньшем или равном давлению впрыска, пока не прекратится его обратное вытекание из литниковой втулки формы и усадка отформованного изделия не станет минимальной. Обычно это время составляет 5-20 с.

На стадии отверждения необходимо обеспечить требуемую степень отверждения материала в изделии; она зависит от температуры формы и расплава, времени нагрева центральных слоев тонкостенных изделий и скорости отверждения материала. От цикла к циклу указанные факторы практически не изменяются, поэтому регулирования температурных режимов в этом случае не требуется. Однако при изменении партии сырья или характеристик изделия необходимо регулировать процесс отверждения.