Файл: Саваренский В.В. Изготовление деталей из полимерных материалов в текстильной промышленности.pdf

преодоление гидравлических сопротивлений литьевой системы расходуется значительная часть энергии давле­ ния. Показано, что давление в рабочей емкости формы примерно в пять раз меньше, чем в плавильной. Прак­ тически давление должно быть наибольшим, но таким, при котором нет пульсации струйки, выходящей из лит­ ника. Поэтому рекомендуется использовать короткие и широкие литники.

Необходимо также следить за температурным режи­ мом формования детали, скоростью охлаждения ее в форме. Чтобы не допустить переохлаждения материала, иногда приходится подогревать литник. Для получения прочной детали надо выливать расплавленную массу в нагретую форму и обеспечивать минимальную темпера­ туру ее охлаждения.

Иногда для снятия внутренних напряжений, которых не удалось предотвратить, следует готовую деталь на­ греть до 150—180° С и продержать при этой температуре несколько часов. При этом структурные элементы пере­ группировываются так, что надмолекулярные структуры получают одинаковые размеры и равномерно распреде­ ляются в массе детали. Чтобы предотвратить возмож­ ную термоокислительную деструкцию, деталь следует нагревать без доступа воздуха.

Очень хорошие результаты получаются при переме­ щении расплавленного материала шнеком. При этом уменьшаются температурные и структурные неоднород­ ности, снижается литьевая температура, уменьшается вероятность термоокислительной деструкции.

Использование для перемещения расплавленного ма­ териала сжатого инертного газа гарантирует полное от­ сутствие термоокислительной деструкции. Обычно для этого применяется азот.

37

Чтобы правильно организовать технологический про­ цесс переработки полимера, необходимо определить па­ раметры этого процесса для каждой партии полимер­ ного сырья и для каждого типа изготавливаемых дета­ лей. Если сырье применяется стандартное первичное, а детали не имеют тонких стенок и резких переходов раз­ меров, установить параметры можно в цехе. Если же ис­ пользуется вторичное сырье или нестандартные мате­ риалы, а детали имеют сложный профиль и тонкие стен­ ки, то параметры технологического процесса необходимо определить в лаборатории на основании анализа зако­ номерностей его течения.

Технологический процесс литья под давлением опре­ деляется температурой материала в плавильной емко­ сти, температурой формы, продолжительностью выдерж­ ки его в расплавленном состоянии, диаметром литника, давлением, под действием которого он перемещается в рабочую емкость формы. Если используется шнек, то вместо давления нужно знать число его оборотов.

Для установления технологических параметров пере­ работки материала в цехе берут небольшую навеску его, насыпают в фарфоровый тигелек, расплавляют и дово­ дят до требуемой температуры. В расплавленный мате­ риал помещают медные или латунные хромированные электроды, расположенные так, что их плоскости строго параллельны между собой и разделены промежутком около 1 мм. К обоим электродам припаяны тонкие проводнички, которые присоединяют к прибору. Этот при­ бор замеряет емкость конденсатора, образованного элек­ тродами и полимером (последний расположен в проме­ жутке между ними и является диэлектриком). Прибор должен обеспечивать замеряемости в пределах от 20 до 150 пф с точностью до 1—3 пф. Провода должны иметь минимальную длину, чтобы влияние их реактивного со­

3 8

противления было наименьшим. Когда исследуемый ма­ териал находится при нужной температуре и в него помещены электроды, через равные промежутки времени (одну или две минуты) замеряют емкость. То время, в течение которого емкость не изменяется, указывает на неизменность структуры полимера и соответственно на отсутствие деструкции. При той температуре, при кото­ рой проводилось исследование, и в течение такого же времени можно держать материал, не опасаясь ухуд­ шить качество изготавливаемой из него детали.

Аналогичные измерения выполняют при нескольких различных температурах, близких к температуре пере­ хода материала в жидкотекучее состояние.

Для определения рабочей температуры в фарфоровой лодочке расплавляют такую же навеску материала, как для исследования термоокислительной деструкции; за­ тем эту навеску доводят до определенной температуры и выливают в форму, имеющую вид цилиндрика высотой около 10 мм и диаметром около 5 мм. Температура должна быть такой, чтобы материал наиболее быстро заполнял форму и мог выдерживаться в ней время, не­ обходимое для изготовления деталей.

Чтобы определить необходимое для работы давление, материал загружают в плавильную емкость; температу­ ру доводят до рабочей, установленной заранее. Далее материал под действием давления начинает вытекать из литьевого отверстия. Постепенно повышая давление, определяют тот момент, когда начинается пульсация струйки. Для работы принимается наибольшее значение давления, при котором струйка сохраняет гладкую по­ верхность, не пульсирует.

Подобные измерения выполняют при различных диаметрах литникового отверстия и различной длине литника. Для этого используют насадки, которые уста­

39

навливают на выходе крана аппарата для литья поли­ меров.

По результатам исследований составляют таблицу зависимости давления от диаметра и длины литника. Такая таблица поможет быстро выбирать давление при изготовлении различных деталей, для которых требуют­ ся различные литники.

Так как в производстве часто нужно знать не абсо­ лютную величину давления, то при исследовании иногда определяют не давление, а необходимую скорость опу­ скания поршня или число оборотов шнека.

Когда известна температура и давление, при которых следует изготавливать деталь, определяют температуру, которую должна иметь форма при заполнении ее рас­ плавленным материалом. Для этого форму нагревают до температуры, близкой к пределу перехода из вязко­ текучего состояния в высокоэластичное, и в ней изготав­ ливают опытную деталь. Охлаждают форму с залитым в нее материалом на воздухе. У готовой детали электро­ метрическими методами определяют границы темпера­ турной применимости и допустимую механическую на­ грузку. Так изготавливают детали в форме, имеющей значения температур, различающиеся между собой на несколько десятков градусов. У каждой детали заме­ ряют усадку. В итоге принимают такую температуру, при которой получаются наибольшая прочность, наи­ меньшая усадка и наибольшие пределы температурной применимости.

При подборе температуры следует учесть возмож­ ность коробления детали.

Чтобы найти усадку, замеряют объем получившейся детали и объем рабочей емкости формы. Отношение разности объемов рабочей емкости формы и полученной

из нее детали к объему рабочей емкости в процентах определяет усадку.

По полученным результатам составляют технологи­ ческий процесс изготовления деталей из исследуемой, партии материала.

При ремонте или модернизации оборудования литьем под давлением изготавливается значительное количество деталей из капрона, все большее распространение полу­ чает изготовление деталей из полиэтиленов высокого и низкого давления и полистирола. При использовании этих материалов следует учитывать особенности каждо­ го из них.

Капрон на фабрику поступает в виде крошки; часто используют отходы производства синтетического волок­ на. Так как капрон очень активно поглощает влагу, сырье необходимо тщательно высушить. Целесообразнее всего использовать для этого вакуумный шкаф. Если его нет, то сушить крошку или отходы приходится в сушиль­ ном шкафу на противнях, в свободно насыпанном слое толщиной около 30 мм. В вакуумном шкафу капроновое сырье сушится при температуре около 100° С и остаточ­ ном давлении 250—300 мм рт. ст. В сушильном шкафу сырье сушится при температуре около 110° С, но не выше 120° С, так как при более высокой температуре начинается термоокислительная деструкция. Высушен­ ное сырье не следует оставлять на воздухе, так как оно сразу снова наберет влагу, поэтому его необходимо не­ медленно переработать. Если это невозможно, то сырье из сушильного шкафа нужно засыпать в герметически закрывающуюся тару. Очень хорошо для этого исполь­ зовать полиэтиленовые мешки.

Капрон перерабатывают при температуре от 250 до

4 1

температурах происходит интенсивная термоокислительлая деструкция. Поэтому расплавленную массу необхо­ димо немедленно и в самый короткий срок переработать.

При изготовлении детали форма должна иметь тем­ пературу около 110° С. При этой температуре большин­ ство деталей практически не имеют внутренних напря­ жений, и рабочая емкость формы быстро заполняется расплавленным материалом.

Заполнение формы прекращают, как только в воз­ душном отверстии появится материал, и выдерживают под давлением около минуты. После этого форму ох­ лаждают до такой температуры, при которой можно с ней работать, раскрывают ее и вынимают готовую деталь.

Если капроновая деталь имеет некоторую хрупкость, то ее помещают на час в кипящую воду для снятия вну­ тренних напряжений.

Поскольку вторичное сырье содержит большое коли­ чество неупорядоченной низкомолекулярной фракции, много продуктов окисления и структурированных эле­ ментов, его тем более нельзя долго держать в расплав­ ленном состоянии: продолжающаяся деструкция приве­ дет к резкому снижению механической прочности дета­ ли и повышению ее хрупкости. Температура, при кото­

рой изготавливают в этом случае деталь, равна 240^ 250° С.

При работе с любым капроновым сырьем следует ис­ пользовать литники наименьшей длины.

Расплавленный капрон хорошо смачивает стальную поверхность, а его деструкция улучшает ее. Затвердевая, он прочно пристает к поверхности стальной детали. Что­ бы готовую деталь было легче вынимать из формы, по­ верхность последней следует смазать кремнийорганической жидкостью или твердым парафином.

4 2

Для очистки деталей оборудования и оснастки от капрона, приставшего к ним в процессе работы, следует эти детали выдержать около часа в концентрированной уксусной кислоте, после чего капрон можно стереть кус­ ком стеклянной ткани. Другой способ очистки — нагрев деталей до 280—300° С. При этой температуре капрон выгорит.

При изготовлении капроновых деталей возможно по­ явление следующих видов брака: пустоты внутри детали, слоистость поверхности и высокая жесткость материала, сопровождаемая потемнением. Наиболее часто появ­ ляются пустоты при изготовлении деталей из вторичного капрона, так как он интенсивно набирает влагу из воз­ духа. Пустот не будет, если температуру расплавленного материала поддерживать в нужных пределах и хорошо просушивать сырье.

Чтобы устранить слоистость поверхности детали, сле­ дует повысить температуру формы и стараться исполь­ зовать короткие литники большого диаметра.

Для устранения жесткости детали сокращают время заполнения формы и время выдержки материала в рас­ плавленном состоянии.

Так как капрон, находясь в расплавленном состоя­ нии, очень интенсивно взаимодействует с кислородом воздуха, целесообразно изготавливать из него детали в

.атмосфере азота.

Если капроновые детали для устранения жесткости обрабатывают кипящей водой, то иногда они растрески­ ваются. Это происходит в результате вымывания водой большого количества низкомолекулярной фракции, кото­ рая образуется в результате глубокой термоокислитель­ ной деструкции материала. Чтобы устранить растрески­ вание, необходимо использовать сырье, не имеющее еле* дов деструкции. Полезно вторичное сырье предваритель­

4 3

но обрабатывать 10%-ным раствором соды в воде при температуре около 100° С в течение часа.

Детали высокого качества получаются из полиэтиле­ на высокого и низкого давления. Выпускается он в виде гранул. Полиэтилен не впитывает влагу и такой тща­ тельной сушки, как капрон, не требует. Необходимо его только прогреть до 80—90° С и выдержать при такой температуре несколько минут.

Детали из полиэтилена отливают при температуре 140—160° С. Так как расплавленный полиэтилен имеет более высокую текучесть по сравнению с капроном, ра­ бочую емкость формы можно им заполнять с большей скоростью.

Температура формы должна быть в пределах от 60 до 80° С. Форму после заполнения ее материалом выдер­ живают около минуты под давлением, потом ее охлаж­ дают и вынимают деталь.

В деталях из полиэтиленовых материалов возможны два вида брака: пустоты и снижение механической проч­ ности. И тот и другой брак возникает при завышении температуры и занижении давления при литье. Если точ­ но соблюдать требования технологического процесса во время изготовления детали, брака не будет.

При изготовлении деталей из полистирола следует тщательно просушивать исходное сырье, так как оно представляет собой очень тонко измельченный порошок, который способен поглотить из воздуха значительное количество влаги. Сушку осуществляют в вакуумном шкафу при температуре около 85° С и остаточном дав­ лении около 250 мм рт. ст. в течение часа. Если нет ва­ куумного шкафа, то приходится сушить сырье в обычном; шкафу при той же температуре около 3 ч. Порошок по­ листирола насыпают на противень слоем толщиной око­ ло 20 мм. Так нужно сушить эмульсионный полистирол.

4 4

На фабрику же иногда поступает блочный и ударопроч­ ный полистирол, который выпускается в гранулах. Так как при нормальных условиях хранения эти гранулы не набирают влагу из воздуха, сушить такие материалы не требуется.

Эмульсионный полистирол в порошке очень пылит. Для облегчения работы с ним следует практиковать таблетирование, т. е. изготовление из порошка на гид­ равлическом прессе таблеток. Прессование проводится при комнатной температуре и давлении около 3000 м/сж2.

При изготовлении детали из полистирола любого вида температуру поддерживают около 200° С. Завышать ее не следует, так как материал при этом деполимеризуется с образованием свободного стирола, который окисляется кислородом воздуха и образует соединения темного цвета, которые, попадая в изготавливаемую де­ таль, придают ей неприятный темный оттенок и повы­ шают ее хрупкость.

При работе с полистиролом целесообразно использо­ вать короткие литники диаметром около 2 мм; темпе­ ратура формы 80-7-90°С.

Кроме помутнения, вызванного попаданием в мате­ риал продуктов окисления стирола, брака при изготов­ лении детали из полистирола обычно не бывает.

Пресслитье

При изготовлении детали литьем под давлением в плавильную емкость загружают большое количество ма­ териала, из которого изготавливается несколько деталей. При пресслитье загружают такое количество материала, из которого можно изготовить только одну деталь. Если осуществляется литье под давлением, плавильная ем­ кость является частью аппарата, предназначенного для

45