UA | RU

Перехід з пресування на лиття під тиском

При переході з пресування на лиття часто виникає питання: як це позначиться на фізико-механічних властивостях матеріалу у виробі та точності його розмірів? Результати механічних випробувань різних зразків із термоактивних пластмас марок 03-010-02 та Е2-330-02, виготовлених пресуванням та литтям під тиском , наведені у таблиці:

Таблиця 1. Вплив способу формування на фізико-механічні властивості зразків з фенопласту марок 03-010-02 та Е2-330-02

Спосіб формування Руйнувальна напруга при згині, МПа Ударна в'язкість, кДж/м2
03-010-02 Е2-330-02 03-010-02 Е2-330-02
Пресування 92,2 72,1 6,03 5,44
Литтєве під тиском        
  веерний літник 87 76,8 6,99 5,42
  поперечний літник 68,3 67 6,33 5,32
  літник типу "на стик" 66,9 54,7 4,51 3,45
  частковий літник 63,1 59 4,25 4,47

Істотна різниця у властивостях міцності зразків, виготовлених литтям під тиском, свідчить про важливість обліку характеру перебігу матеріалу та конструкції литникової системи. Зразки з фенопластів, отримані литтям під тиском, мають кращі показники за властивостями міцності, ніж пресовані. орієнтацією наповнювача у напрямі, перпендикулярному перебігу розплаву.

Точність розмірів виробу залежить від коливання усадки матеріалу в процесі формування та зберігання. Усадка реактопластів залежить від рецептури композиції та способу формування (табл. 4). Дослідження показують, що усадка при литьовому формуванні реактопластів у 1,5-3 рази більша, ніж при пресуванні.

Таблиця 2. Усадка реактопластів при формуванні

Сполучне Наповнювач Усадка при пресуванні, % Усадка під час лиття під тиском, % Наступне усадження після пресування, %
Фенолоформальдегідний олігомер Мінеральне борошно 0,2-0,5 --- до 0,1
Коротковолокнистий азбест 0,2-0,3 0,8-1,2 до 0,2
Деревне борошно 0,5-0,8 1,1-1,7 0,2-0,4
Целюлоза 0,3-0,6 0,9-1,5 0,2-0,4
Текстильне волокно 0,3-0,6 0,8-1,4 0,3-0,5
Текстильне волокно + деревне борошно 0,2-0,5 0,9-1,5 0,3-0,5
Меламіноформальдегідний олігомер Деревне борошно 0,5-0,9 1,3-1,8 1,0-1,9
Целюлоза 0,5-0,8 1,3-1,7 0,8-1,5
Мінеральне борошно 0,2-0,4 --- 0,6-1,0
Коротковолокнистий азбест 0,2-0,5 0,9-1,2 0,8-1,3
Мочевиноформальдегідний олігомер Целюлоза 0,5-0,8 1,4-1,8 0,9-1,5
Поліефірна смола Рублене скловолокно + мінеральне борошно 0,3-0,5 0,4-0,8 до 0,1

Для порошкоподібних композицій з мінеральним наповнювачем не встановлено істотної різниці в усадці на зразках, отриманих різними способами. Для цих матеріалів усадка не залежить від напряму літникових каналів, тоді як для порошкоподібних та волокнистих композицій з деревним та іншими органічними наповнювачами це дуже важливо. Найбільша усадка спостерігається у напрямі течії матеріалу, найменша – у перпендикулярному напрямку.

При литьовому формуванні частинки матеріалу орієнтуються упоперек напряму течії (рис. 1). Така орієнтація створює кращі умови для дифузійних процесів виходу летких та одночасного ущільнення матеріалу у напрямку течії, ніж у перпендикулятній течії напрямку.

Орієнтація наповнювача при литьовому формуванні
Мал. 1. Орієнтація наповнювача під час ливарного формування
а - полімер без наповнювача; б - композиція, що містить поповнювач;
в - формування через пайовий літник; г - формування через віяловий щілинний літник
(стрілки показують напрямок упорскування розплаву)

Анізотропія властивостей внаслідок орієнтації наповнювачів виявляється щодо усадки при формуванні, коефіцієнта теплового розширення, механічної міцності, вона стає причиною виникнення залишкових напруг у виробі, що спричиняють деформації та тріщини.

Найважливішими технологічними параметрами, що впливають на якість деталей, є температура впорскуваного матеріалу та форми, тиск в інжекційному циліндрі та у формі, час заповнення форми, час витримки у формі тощо.

Орієнтація наповнювача при литьовому формуванні
Мал. 2. Залежності руйнівної напруги при згині Qі (1, 2)
і усадки (3, 4) від температури сопла ливарного циліндра:

1, 3 – віяловий літник; 2, 4 - пайовий літник

Для фенопластів та амінопластів встановлено, що зі зростанням температури циліндра та сопла міцнісні властивості підвищуються, досягаючи в деяких випадках максимуму. Усадка фенопластів зменшується при підвищених температурах сопла. При цьому віяловий литник забезпечує більшу міцність при згині Qі і меншу усадку виробу порівняно з пайовим литником (рис.2).

Тиск упорскування і відповідно швидкість заповнення форми істотно впливають на міцнісні властивості та усадку матеріалу. З підвищенням тиску упорскування зростає швидкість заповнення форми. Тиск на матеріал в оформлюючій порожнині прес-форми розподіляється при цьому більш рівномірно, зразки мають хороший зовнішній вигляд і високі властивості міцності . При тривалому часі заповнення форми зовнішній вигляд і характеристики зразків погіршуються. Це пояснюється передчасним затвердінням матеріалу при заповненні форми та у зв'язку з цим погіршенням передачі тиску при формуванні, що призводить до недостатньої щільності матеріалу у зразку. З підвищенням тиску впорскування зростає ударна в'язкість а зразків із фенопласту (рис. 3). При тисках упорскування менше 50 МПа для фенопластів і менше 80 МПа для амінопластів міцність різко починає падати, а водопоглинання зростає внаслідок погіршення якості поверхні та збільшення пористості матеріалу (оскільки щільність його зменшується).

Орієнтація наповнювача при литьовому формуванні
Мал. 3. Зміна ударної в'язкості (______) та усадки (-----) композиції на основі
новолачної смоли в залежності від тиску впорскування (температура прес-форми 180°C:

1 - тангенціальне усадження; 2 - радіальне усадження; 3 – після формування;
4 - після витримки у холодній воді; 5 - після кип'ятіння

Зі збільшенням тиску упорскування усадка виробу знижується в тангенціальному та радіальному напрямках, а відносно невелика анізотропія усадки (близько 0,2% ) зберігається.

Великий вплив на якість деталей тиск на стадії підживлення розплаву після упорскування у форму та час витримки під тиском. Цей тиск (14-42 МПа) сильно впливає на масу та розміри деталей, а також на щільність та міцнісні властивості матеріалу. При підвищенні тиску до 28 МПа густина пропорційно зростає, а потім вона стабілізується. При тиску понад 28 МПа різко збільшується облої. Підвищення тиску підживлення сприяє зменшенню усадки (мал. 4) для фенопластів та поліефірної композиції, наповненої скловолокном. Зі збільшенням витримки під тиском від 5 до 15 сек. фізико-механічні властивості фенопласту (за Qі і а) погіршуються (крім випадку з пайовим литником), а теплостійкість по Мартенсу завжди підвищується.

Температура форми та час затвердіння нерозривно пов'язані між собою, обидва параметри впливають на ступінь затвердіння матеріалу в деталях.

Зміна різних властивостей залежно від ступеня або часу затвердіння неоднакова. Зі збільшенням тривалості затвердіння одні показники проходять через максимум (механічна міцність), інші через мінімум (водопоглинання), треті – змінюються за експоненційним законом (нагрівостійкість). Теплофізичні властивості реактопластів змінюються зі ступенем затвердіння дуже незначно.

Оптимальні властивості матеріалу відповідають часу затвердіння, за який досягається найкраща сукупність властивостей реактопластів (залежно від призначення виробу).

Найважливішими з точки зору функціонування властивостями, які сильно змінюються в процесі затвердіння, є міцнісні та електроізоляційні властивості реактопластів.

Орієнтація наповнювача при литьовому формуванні
Мал. 4. Залежність усадки реактопластів від тиску підживлення
1 – фенопласт загального призначення; 2 - ударостійкий фенопласт;
3 - поліефірна композиція; 4 – фенопласт електроізоляційного призначення

Визначення фізико-механічних показників матеріалу на різних стадіях затвердіння дозволяє встановити зв'язок між фізико-хімічними параметрами затвердіння та експлуатаційними властивостями деталей. Незалежно від призначення всі деталі в першу чергу повинні мати задовільні властивості міцності.

У певному інтервалі температур форми спостерігається максимум механічних властивостей. Наприклад, для фенопластів понад 190°С спостерігається зниження ударної в'язкості, що руйнує напругу при згині в міру зростання температури форми.

Зі зростанням часу витримки у формі фізико-механічні властивості фенопласту спочатку підвищуються, досягаючи максимуму, а потім падають. Поліпшення механічних властивостей залежить від ступеня затвердіння. Погіршення їх є наслідком перезатвердіння.

Орієнтація наповнювача при литьовому формуванні
Мал. 5. Усадка радіальна (__________) і тангенціальна (---------) в залежності від часу затвердіння при різних ремпературах форми для фенопласту (тиск упорскування 122 МПа)
- точка, що відповідає мінімальному часу затвердіння, що визначається за пластометром Канавця

Зі збільшенням часу затвердіння усадка зростає, особливо у радіальному напрямку (рис. 5). Зі зростанням температури форми збільшуються як абсолютні значення усадки, так і її анізотропія (найменша анізотропія усадки спостерігається при 150°С). При збільшенні витримки виробу у формі зростає пористість матеріалу через інтенсивне виділення летких, що виявляється зростання водопоглинання. При температурах форми вище 190°З поверхня деталей погіршується, з'являються пори, збільшується усадка.