Файл: Саваренский В.В. Изготовление деталей из полимерных материалов в текстильной промышленности.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.04.2024
Просмотров: 46
Скачиваний: 0
переработки полимеров; при пресслитье плавильная емкость является частью формы, предназначенной для изготовления детали.
Сырье загружают в плавильную емкость, имеющую рабочую температуру, и специальным пуансоном про давливают через литник в рабочую емкость. В ней про исходит формование изготавливаемой детали. Затем форму снимают с пресса и после ее охлаждения выни мают из нее готовую деталь.
Пресслитьем изготавливают детали из термореактив ных материалов, имеющих для продавливания их из од ной емкости формы в другую достаточный промежуток активного состояния, а также термопластичных материа лов с высокой вязкостью, в которых, когда они находят ся в расплавленном состоянии, быстро происходит тер моокислительная деструкция. Деталь из термореактив ного материала отвердевает в рабочей емкости формы под определенным давлением и при соответствующей температуре.
В плавильной емкости материал прогревают так же, как и при литье под давлением, но поскольку расплав ляемого материала в ней значительно меньше, то темпе ратурных и структурных неоднородностей тоже меньше, чем при литье под давлением. В процессе расплавления некоторые материалы резко сокращаются в объеме, что необходимо учитывать, подбирая объем плавильной ем кости формы для пресслитья.
Процессы течения расплавленного материала через литник те же, что и при литье под давлением. Требова ния к оборудованию и оснастке такие же.
Некоторые различия имеются в том, как заполняется рабочая емкость формы расплавленным материалом. В первый момент заполнения рабочей емкости формы давление в ней резко повышается до предела, завися
46
щего от материала. До тех пор, пока входящая в ем кость масса не уплотнится до этого предела, давление держится на одном уровне. При этом устанавливается равновесие давлений между обоими емкостями формы, происходят процессы структурирования реактопластов, сопровождающиеся дополнительным уплотнением массы.
Если деталь изготавливается из термопластичного материала, то восстановление разрушенных при течении и расплавлении периферийных зон надмолекулярных структур, релаксационные процессы, связанные со сня тием напряжений в материале, ориентировка структур ных элементов материала происходят в самом начале отверждения. Для компенсации уменьшающегося в ре зультате ряда процессов объема материала из плавиль ной емкости в рабочую передавливается некоторое его количество. В этом материале начинаются те же процес сы, что и в материале, который попал в форму раньше. К моменту, когда затвердеет литник (при работе с тер мопластичными материалами) или деталь (при работе с термореактивными материалами), прекращается передавливание материала. В это время деталь готова.
Давление в плавильной и рабочей емкостях в первый момент растет непропорционально, но начиная с опре деленного предела, который определяется физико-хими ческими особенностями перерабатываемого материала, эта зависимость становится линейной (рис. 8).
Величина давления, создаваемого пуансоном в пла вильной емкости, складывается из сопротивления лит ника, входового сопротивления, усилия для поддержа ния течения расплавленной массы и усилия для уплот нения ее в рабочей емкости. Усилие для поддержания течения зависит от вязкости расплавленного материала
(рис. 9).
4 7
ДаВление В плаВильной емкости 8 н-см/смг
Рис. 8. Кривая зависимости дав ления в плавильной емкости фор мы для пресслитья от давления в рабочей емкости
Рис. 9. Кривая зависимости дав ления в рабочей емкости формы для пресслитья от вязкости пере рабатываемого материала
Величина давления, под которым находится мате риал в рабочей емкости формы, влияет на свойства из готавливаемой детали. При повышении давления увели чивается до определенного предела разрывная прочность детали (рис. 10).
Давление в рабочей емкости в свою очередь зависит от градиента скорости течения полимера. При увеличе нии градиента скорости увеличивается до определенного предела и давление. Начиная с этого предела при даль нейшем повышении градиента скорости в результате разрушения надмолекулярных структур давление падает. При возрастании температуры скорость этих процессов повышается (рис. 11).
Давление в рабочей емкости формы составляет около 40% от давления в плавильной емкости, создаваемого пуансоном. Время на заполнение рабочей емкости фор мы материалом должно быть примерно в два раза мень ше времени активного состояния термореактивного ма териала. Если это условие не соблюдать, то отверждение произойдет, когда часть массы будет еще находиться в плавильной емкости, и деталь будет непрочной и хрупкой.
Пресслитье характеризуется давлением, которое дей ствует на расплавленный материал в плавильной емко сти формы, температурой, при которой осуществляется формование детали, временем, необходимым для запол нения материалом рабочей емкости, усадкой и временем, необходимым для полного отверждения детали.
Температуру и давление определяют в специальной форме (рис. 12). Она расположена на плите пресса, на котором предполагается изготавливать детали. Для это го в плавильную емкость формы опускают термометр
(возможно измерение температуры до 250ч-300° С), |
за |
сыпают исследуемый материал, включают подогрев |
и |
4 Саваренский |
49 |
Давление в рабочей емкост и в нсм /см г
Рис. 10. Кривая зависимости разрывной прочности детали от давления в рабочей ем кости формы для пресслитья
Рис. 11. Кривые зависимости градиента скорости (/) и дав ления (//) в рабочей емкости формы для пресслитья от тем пературы
определяют, при какой температуре частички полимера сливаются в сплошную массу. Затем термометр выни мают из плавильной емкости, вставляют в нее пуансон и плавно повышают давление.
Так же, как и при литье под давлением, определяют наи большее давление, при кото ром струйка материала со храняется гладкой. Продол жительность отверждения изготавливаемой из термо реактивных материалов де тали определяют электро метрическим методом. В ра бочую емкость формы, как и при определении допусти мой продолжительности вы держки термопластичного полимера в расплавленном состоянии, помещают элек троды. Чтобы они сразу заполнились материалом и не смялись, их располагают параллельно направлению потока. Проводники выво дят через одно из отверстий формы и присоединяют к прибору, измеряющему ем кость. В форму заливают материал и определяют, че рез какое время прекра
тится изменение показываемой прибором емкости.
Это время и составляет продолжительность отверждения’ детали.
4*
51
Усадку определяют так же, как и при изготовлении детали литьем под давлением.
Затем подбирают такой литник, при котором иссле дуемый материал заполняет рабочую емкость в два раза скорее по сравнению с продолжительностью от верждения изготавливаемой из него детали.
При работе с термопластичными материалами про должительность выдержки формы под давлением прак тически определяется скоростью затвердевания литника. Для материалов, используемых в текстильной промыш ленности, эта выдержка равна 2—3 сек.
Увеличение продолжительности выдержки формы под давлением при работе с термопластичными полимерами способствует повышению прочности изготавливаемой детали.
На текстильных фабриках пресслитьем изготавли вают детали из фенол-формальдегидных прессматериалов, кремнийорганических полимеров и иногда из поли этилена низкого давления. ,
Из фенол-формальдегидных материалов используют К18-2, К17-2 ФКПМ и некоторые другие. Продолжитель ность отверждения детали в этом случае составляет около 10 сек, давление 2000—2500 н/см2, температура — около 160° С.
При работе с фенол-формальдегидными материалами образуется много пыли, а поэтому необходимо наличие сильной приточно-вытяжной вентиляции. Хорошо рас сматриваемые материалы таблетировать так же, как таблетируют упомянутый выше порошок эмульсионного полистирола.
Продолжительность расплавления фенол-формальде гидных материалов равна 3—7 сек.
Прессовать порошок можно сразу после заполнения им формы. Следует точно знать количество полимерного
5 2
материала, которое необходимо загрузить для изготов ления одной детали. Если загрузить порошка больше необходимого количества, то часть его останется в пла вильной емкости или выйдет из воздушного отверстия. В результате получается ненужный расход материала. Если же порошка загрузить меньше, то давление в ра бочей емкости станет ниже требуемого, и деталь будет иметь меньшую механическую прочность, станет пори стой. Для определения количества сырья, необходимого для изготовления одной детали, в производстве изготав ливают из картона мерку, с помощью которой и засы пают порошок в форму.
Продолжительность отверждения детали зависит от ее профиля и толщины стенок.
При незначительном завышении температуры, кото рое часто не влияет на качество детали, фенол-формаль* дегидные материалы могут приставать к поверхности формы. Чтобы готовую деталь можно было легко уда лить из формы, стенки рабочей емкости следует предва рительно смазать кремнийорганической жидкостью или протереть парафином.
При изготовлении детали из фенол-формальдегидных материалов возможны три основных вида брака: сниже ние прочности, растрескивание и изменение цвета, со провождающееся изменением некоторых физико-химиче ских свойств детали.
Первый вид брака можно устранить правильной ре гулировкой пресса, правильным подбором величины одновременной загрузки материала или устранением не исправностей формы. Для этого необходимо проверить соединения между ее деталями; при наличии неплотно стей в соединениях расплавленный материал будет про сачиваться через них, что сильно снизит давление в рабочей емкости формы. Иногда прочность детали сни
5 3
жается из-за того, что она недостаточное время находи лась под давлением в форме и структура смолы не успе ла образоваться.
Второй вид брака возможен, если деталь формуют ■при завышенной температуре. Корректировкой темпера туры этот вид брака устраняется. Изменение цвета де тали происходит также при завышении температуры. Это изменение указывает на целый комплекс нарушений структуры полимера. Если после некоторого снижения температуры цвет остается тем же, необходимо лабора торным путем определить параметры технологического процесса изготовления детали по особенностям течения расплавленного материала.
Кремнийорганические полимеры перерабатываются так же, как и фенол-формальдегидные материалы, толь ко продолжительность отверждения у них другая. Виды брака и способы их устранения здесь такие же, что и у деталей, изготавливаемых из фенол-формальдегидных материалов.
При работе с полиэтиленом низкого давления приме няют давление около 1400 н/см2 и температуру 160— 170° С. Если температура больше нормы, то может незначительно повыситься твердость изготавливаемой де тали, и поверхность ее темнеет. При завышении давле ния в детали возникают внутренние напряжения, устра няемые термообработкой при температуре 80° С в тече ние часа.
Для повышения прочности детали следует повысить продолжительность ее выдержки под давлением.
Прямое прессование
При изготовлении детали прямым прессованием по лимерный материал помещают непосредственно в рабо чую емкость формы, где он начинает нагреваться, и сра
54
зу опускают пуансон, который создает необходимое дав ление. Под действием давления расплавляющийся материал распределяется по профилю формы. В это вре мя в нем происходит реакция поликонденсации, в ре зультате которой образуется пространственная структу ра смолы, формируются ее надмолекулярные структуры. Когда эти процессы закончатся, поднимают пуансон и вынимают готовую деталь.
Прямым прессованием изготавливают детали из тер мореактивных материалов, потому что из термопластич ных таким способом их изготавливать невыгодно.
При прессовании материал, из которого изготавли вают деталь, плавится^под давлением в процессе запол нения рабочей емкости формы, перемешивается, поэтому температурных и структурных неоднородностей в нем не образуется. Этому способствует и большая поверхность нагрева, которую имеет обычно рабочая емкость формы.
При нагревании материала имеющаяся в нем влага испаряется. Пары вызывают в массе изготавливаемой детали образование мельчайших пузырьков; в результа те поверхность детали имеет вздутья и даже растрески вается. Аналогичные явления могут быть и при выделе нии больших количеств газообразных веществ в первый момент реакции поликонденсации, происходящей в рас плавленном материале. Чтобы не допустить брака, не обходимо выпустить пары и газы наружу. Это возможно при подъеме пуансона на такую высоту, при которой между ним и поверхностью рабочей емкости формы об разуется небольшой зазор, через который выходят газо образные вещества. Пуансон поднимают и сразу же опу скают обратно несколько раз (но не больше пяти).
Так как свободно насыпанный материал занимает объем, значительно больший, чем изготовленная из него деталь, при прямом прессовании происходит усадка, ко
55
торая ощущается больше, чем при изготовлении детали упругими методами.
При прямом прессовании течения материала через литник нет, и поэтому все давление передается на фор муемую деталь.
Реакция поликонденсации зависит от давления и температуры, при которых она происходит. При завыше нии температуры скорость реакции увеличивается, а при понижении уменьшается. Если повысить давление, то увеличится плотность формуемого материала.
Скорость реакции должна быть такой, чтобы время ее протекания было больше продолжительности запол нения расплавленной массой рабочей емкости формы. Если это условие не выполняется, то полимер затвер деет, не успев заполнить профиль формы. Деталь в ре зультате будет иметь пониженную прочность и резко искаженные размеры. Скорость заполнения профиля ра бочей емкости определяется величиной давления, кото рое действует на пуансон.
При прямом прессовании возможны два основных вида брака: рыхлость изготавливаемой детали и отста вание ее верхнего слоя.
Рыхлость возникает при понижении давления, ее уст раняют, регулируя пресс. Если в форму засыпают недо статочное количество материала, то верхние слои детали будут рыхлыми. Такой вид брака устраняют уточнением дозировки при изготовлении детали.
Отставание верхнего слоя детали происходит в ре зультате скапливания в ее массе газообразных веществ, образующихся при испарении влаги или в результате реакции поликонденсации. Для предотвращения отслаи вания необходимо в начале прессования удалять упомя нутые газообразные вещества, используя кратковремен
56
