Л итьем-дад - дадлецием...пол уча ют изделия из интегральных пе­нопласта (конструкционных или частично вспененных термо­пластов). Эти изделия имеют твердую корку и пористую серд­цевину. Они характеризуются небольшой плотностью — от -100 до 1000 кг/м3, хорошими механическими, тенлофизическнмн и акустическими свойствами, отсутствием ориентации и внутрен­него напряжения, отсутствием усадочных раковин.

Метод заключается и следующем. Термопласт, содержащий газообразователи, загружается в бункер литьевой машины, из которой поступает в материальный цилиндр.

В цилиндре литьевой машины, наряду с пластикацией поли­мера, происходит насыщение расплава газом, образующимся при разложении газообразователи. Расплав находится под дав­лением и газ удерживается в расплаве. Прн впрыске расплава в форму вследствие падения давления уменьшается раствори­мость газа в расплаве и он выделяется в виде множества мел­ких пузырьков, число и размер которых быстро возрастают. Расширяющийся газ вспенивает находящийся н форме расплав. Присутствующие в форме воздух и избыточные газы вытесня­ются через вентиляционные каналы. После заполнения формы вспененным термопластом происходит охлаждение расплава, которое начинается от поверхностных слоев, соприкасающихся с холодными стенками формы, где расплав, застывая, образуем твердую корку с плотностью монолитного материала. В осталь­ной массе отливки формуется ячеистая структура, при этом крупноячеистая структура возникает в более горячей части от­ливки (в середине) за счет слияния мелких пузырьков газа в

Рис 12.8. Схема литьи иоиониг лий при низком да плешин:

а <д1юлнгцис лнтммшй фот>чы jm илавой с гмзосбра u?»d и*-'Н‘м. и их л а ж денис расплава и формппянш* и дели и

крупные. Таким образом образуется структура интегрального пеноматернала, плотность которого в середине минимальна, а и поверхностных слоях близка к плотности невспеисшюго термо­пласта. Охлажденная отливка извлекается из формы.

Рассмотренный метод называется также методом литья при низком давлении: форма заполняется расплавом неполностью - на 60—85% ее объема, окончательное заполнение формы про­исходит при последующем вспенивании материала. Неполное заполнение формы требует невысоких давлений формования -- 5-10 МПа. против 70—100 МПа при литье обычных термо пластов. На рис. 12.8 показана схема литья пеноизделий при низком давлении.

На специализированных литьевых машинах можно перера батывать композиции на основе различных термопластов как с химическими, так и с физическими газообразователями. При применении ФГО усложняются конструкции машин и условия их эксплуатации, поэтому предпочтение отдается композициям с ХГС.

В настоящее время методы получения пеноизделий литьем под давлением в зависимости от давления в форме подразделя­ются на три основных вида: литье при низком давлении; .ни не при среднем давлении и литье при высоком давлении.

Состав пенообразующих композиций. В состав пенообразую - щих композиций входят полимер, газообразователн, активаторы разложения гЯзообразовагелей, регуляторы пор и другие ве­щества.

Полимеры. Литьем под давлением можно получать пено - нзде. тня нз любых термопластов. Наибольшее применение на­шли полиэтилен, полипропилен, полистирол, АБС-пластнк, по­ликарбонат.

Разработана также технология литья вспененных изделий из полнацета. теп и их сополимеров, сополимеров этилена с винил - ацетатом, полнметн. тметакрнлата и некоторых других полиме­ров. При этом используются в основном термопласты с высоким значением ПТР, что важно с точки зрения сокращения времени впрыска.

Газообразователн. При составлении литьевых компо­зиций используют как химические, так и физические газообра-

юватели. Из органических ХГО наибольшее применение полу­чил порофор ЧХЗ-21. С помощью активаторов легко можно ре­гулировать температурный интервал его разложения, что опре­деляет универсальность этого газообразователи.

Кроме того, применяются порофор ЧХЗ-57. порофор ЧХЗ-18. "рнпиразиктриазнн, азоднкарбоксилат барии и др. Из неорга ни четких ХГО применяется гидрокарбонат натрия. Прн приме нении физических газообразователей можно использовать как готовые композиции с введенными в них на стадиях синтеза или грануляции ФГО, так и иевснеииваюшиеся композиции. 15 последнем случае применяют специализированные литьевые машины, позволяющие вводить ФГО непосредственно в расплав композиции.

Активаторы вспенивания. Для понижения темпера - |уры разложения ХГО в состав литьевых композиций вводят активаторы. В качестве активаторов применяют соли или окси­ды цинка, кадмия, свинца, бария. Например, смесь оксида цин­ка н_стеарата цинка позволяют понизить температуру разложе иии порофора ЧХЗ-21 с 200—210 до 160 - 170 °С.

Добавки. Для равномерного вспенивания расплава тер мопласта в литьевую композицию вводят так называемые рогу. шторы пор — нуклезиаты. Они образуют зародыши, вокруг ко торых возникают газовые пузырьки. Использование подобных материалов диет возможность получать изделия с равномерно распределенными порами малых размеров. В качестве регуля­торов могут использоваться смеси лимонной кислоты и гидро карбоната натрия, тонко размолотый кизельгур, гальк. силика­ты, мелкодисперсные металлические порошки. В состав комио зиции иногда вводят парафиновое масло и бути. тетеарат. Ниже приводятся примерные рецептуры литьевых пепообразующих композиций (в масс, ч.) па основе термопластов:

98.ЙГ) 0,70 0,14 0,21 0.10

Композиция па основе полиэтилена Полиэтилен низкой плотности Порофор ЧХЗ-21 Оксид цинка Стеарат цинка Тальк

Композиция иа основе сополимера

стирола

98,70 1,00 0.10 0,10 0,10

Сополимер ЛВС Порофор ЧХЗ-21 Гидрокарбонат натрия Лимонная кислота Дибутилфталат

Композиция на основе полипропилена

Полипропилен гранулированный Пенообразующий концентрат

Приготовление пенообразующих литьевых композиций. Псно - образующне композиции готовятся двумя способами:

смешением (опудрнванием) гранулированного термопласта с газообразен;!гелями, активаторами вспенивании и другими до­бавками (для смешения могут быть использованы двухлопаст­ные смесители);

смешением гранулированного термопласта с концентратом, который представляет собой полимер с повышенной концентра­цией газообразозателя. Например, в литьевой композиции па основе полиэтилена концентрация порофора ЧХЗ-21 составляет 6.7% (масс.); з концентрате содержание порофора 7—15%. При получении литьевой композиции на основе концентрата с содер­жанием 7% порофора ЧХЗ-21 следует смешать одну часть дан­ного концентрата с девятью частями полиэтилена. Готовая ком - позиция поступает па литье изделий.

Особенности технологии литья изделий из вспененных термо­пластов при низком давлении. Литье пеноизделий при низком давлении расплава в форме осуществляется либо па обычных, либо па специализированных литьевых машинах.

При получении изделий пн обычных литьевых машинах по­следние оборудуются самозапирающимся соплом игольчатого типа для предотвращения утечки газа из расплава. Принципи­альные основы метода были рассмотрены выше; последователь­ность элементов литьевого цикла такая же, как и при литье монолитных изделий из термопластов.

Основными технологическими параметрами литья вспенен­ных термопластов являются; скорость впрыска; температура цилиндра; температура формы, давление литья, частота враще­ния шнека, доза впрыска, время охлаждения отливки и дли­тельность литьевого цикла.

Ниже рассматривается, влияние каждого из этих параметров на качество получаемых пеноизделий.

С к О р ость'в п р ы е к а является одним из важнейших па­раметров литья вспененных термопластов при низком давлении. Для получения изделий с высокой плотностью и равномерной пористостью скорость впрыска должна быть достаточно высока. Заполнение пресс-формы должно производиться в течение не­большого времени, так как при медленном заполнении распла­вом полимера, содержащим растворенные газы, происходит охлаждение материала при контакте его со стенками формы и затрудняется его движение. Ячейки в месте контакта расплава с поверхностью формы расширяются, образуя более толстую монолитную корку, что приводит к получению изделий с повы­шенной кажущейся плотностью. При быстром заполнении фор­мы получаются более легкие изделия.

Температура ц ил и пдр а. Температура расплава должна быть достаточно высокой, чтобы произошло полное разложение газообразователи и в то же время не началась деструкция по­лимера. От температуры расплава зависят цветовые оттенки изделия. Прн изготовлении изделий с текстурой дерева, чем ниже температура расплава, тем слабее цветовые оттенки и на­оборот, при повышении температуры цветовые оттенки усили­ваются. При распределении температуры по зонам ее выбираю: так, чтобы в первой зоне она была на 10 -50СС ниже, чем в следующей.

Температура пресс-формы влияет на внешний вид изделий и на производительность машины. При заниженной температуре формы цветовые тона оказываются более слабыми, чем при оптимальной температуре; по мере повышения темпе­ратуры цветовые тона усиливаются. В то же время более пысо кне температуры приводят к увеличению продолжительности литьевого цикла и снижению производительности машины. Прн слишком низкой температуре формы (ниже 20—25 °С) требует­ся частая чистка оформляющей полости от продуктов конден­сации и смазки для предотвращения прилипания изделия к фор­ме. Оптимальная температура формы 30—(50'С.

Давление литья. Для обеспечения заданной скорости впрыска соответственно регулируется давление на расплав. 1} зависимости от природы полимера давление впрыска состав­ляет 40— 150 МПа, рекомендуемое противодавление — 10— 30 МПа. При наличии противодавления получаются более ка­чественные изделия. При отсутствии противодавления в некото­рых случаях происходят отклонения в объеме впрыска и ухуд­шаются цветовые тона.

Частота вращения червяка. Оптимальный диапазон частоты вращения червяка — 40- 120 об/мин. Для машин с не­большим объемом отливки рекомендуемая частота вращения червяка составляет 70—120 об/мин, для крупных машин - -40— 70 об/мин. Малая частота вращения обеспечивает лучшее фор­мование; при завышенной частоте вращения возможен пережег изделий или получение неравномерной вспененной структуры.

Доза впрыска. Количество впрыскиваемого материала подбирается таким образом, "тобы расплав полимера во вспе­ненном состоянии полностью заполнял пресс-форму.

Наиболее качественные изделия получаются □ том случае, когда объем впрыска составляет 50 -70% максимального объ­ема отливки данной литьевой машины. Чрезмерно малый объ­ем впрыска или впрыск, близкий к максимальному, отрицатель­но влияет на внешний вид изделий.

Время охлаждения отливки в форме. Время вы­держки под давлением зависит от конструкции литьевого капа­ла и должно обеспечивать застывание литника без передачи давления от узла впрыска к форме. Время охлаждения должно подбираться так. чтобы после извлечении изделия из формы по происходило его деформации. Время охлаждения зависит от толщины отливки и природы полимера. Вследствие более низ­кого коэффициента теплопроводности вспененного термопласта по сравнению с монолитным время охлаждения вспененных изделий больше и составляет 75—95% общего времени цикла. Время между циклами должно быть достаточным для извлече­ния изделий из формы.

В табл. 12.7 приведен примерный технологический режим литья пластины из композиций на литьевой машине с объемом впрыска за один цикл 125 см'1.

Низкое давление в форме обусловливает шероховатость из­делия. что связано с неполным контактом расплава с поверхно­стью формы. Для частичного устранения этого дефекта литье проводится при высоких скоростях впрыска (от 5 до 100 см4/г). Кроме того, низкие давления формования обуславливают нерав­номерную плотность корки: вблизи литника плотность ее выше, что в свою очередь приводит к анизотропии прочности неноиз - делия по длине. Литьем при низком давлении трудно получить тонкостенные изделия вследствие неоднородного вспенивания и образования крупнопористой структуры. Эти недостатки в зна­чительной мере устраняются при использовании методов литья :грн среднем и высоком давлении.

Особенности технологии литья изделий из вспененных термо­пластов при среднем давлении. Особенностью метода является наличие газового противодавления в литьевой форме и ступен­чатое изменение давления формования от 7—15 до 0,5—1 МПа.

Перед впрыском насыщенного газом расплава в полости формы создается газовое давление противодавление. Благо­даря этому расплав остается под давлением и не вспенивается до полного заполнения формы и образования плотной корки изделия. После снятия давления в форме происходит вспенива­ние материала и образование ячеистой структуры срединной части отливки.

Таблиц и 12.7. Технологические параметры литья пластины рихчером /60X803 ни литьевой машине Лояеобрл - гужщая лои- НОДИЦМИ MU осиour Температуря ЦП' линдоа. °С Силь тики обогрева муидцпу - к». А Температу­ра пресс - формы, Ю Врем» як - держки при попь. темном давлении, с В|Х! МИ охлажде­ния, с пока I Juaiio П мши II! ПЭНП 11ЭВГ1 ПП У11С АБС 140 (50 170 170 170 150 (00 205 2(0 210 180 2 К) 220 225 225 2.5 2.5 2.5 2,8 2,8 23—30 25-30 25—30 25—30 25—30 15—20 (5—20 15-20 15 -20 15-20 170 170 МО по 110

Рке. I2.9. Литьевая масль-г для литья изделий из пгшчцчшых термо­пластов но методу 7М:

J, Гй£_* ( Ml

I — илапнкалионныИ цилиндр: 2 - распре­делительный цилиндр, '■! — нргсе-фпрча: • баковой н. елкнлр

Оли г; из вариантов ла иного метода (метод ТМ) показан на рис. '.2.У.

Полимерный материал с газообразователем и добавками пластицируется в цилиндре 1 шнековой литьевой машины. Через распределительное устройство 2 расплав подается в гер­метизированную форму 3, в которой заранее создается газовое давление. Благодаря противодавлению вспенивание расплава оказывается невозможным до полного заполнения формы - об­разования плотной корки требуемой толщины. После образова­ния плотной поверхности противодавление снижается и проис­ходит вспенивание в форме. Излишек расплава через литнико­вый канал и распределительное устройство 2 выходит в боковой цилиндр <1. Охлажденная отливка извлекается из формы. Затем в боковой цилиндр вводится порция свежего расплава, который выталкивает отработанную массу прежней отливки вверх. Прн следующей отливке расплав из бокового цилиндра через рас­пределительное устройство вводится з пресс-форму, з которой создают противодавление Сначала нз нижней части цилиндра поступает свежий, еще невспепенный расплав, после чего пресс - форма заполняется сжатой вспененной массой прежней отливки. Эта масса заполняет только литниковые каналы и внутреннюю часть отливки, не ухудшая при этом ее поверхности. После об­разования корки и снятия давления происходит вспенивание сердцевины, а часть отработанной массы снова возвращается в боковой цилиндр, и процесс повторяется. Таким образом, каж­дый раз от 50 до 80% объема полости формы заполняется не- вспененной массой из пластицирующего цилиндра, а остальная часть — отработанной вспененной массой из бокового цилиндра. Следовательно, назначение бокового цилиндра — собирать и воз­вращать в форму отработанную, многократно вспененную массу.

Заполненные формы прн высоком давлении и вспенивание расплава при низком давлении обеспечивает получение изделий с гладкой твердой поверхностью.

Толщина корки регулируется продолжительностью выдерж­ки расплава под давлением, температурой расплава и формы, количеством газообразователи. Чистота поверхности зависит от противодавления в форме. При давлении в форме 1—2,5 МПа получается качественная гладкая поверхность изделия: при уве­личении давления качество поверхности улучшается незначн-
тельпо, ко в то же время повышаются требования к герметиза­ции формы, что удорожает ее стоимость.

Данный метод позволяет получать высококачественные пено - издедия с отличной поверхностью.

В НРБ разработана серия литьевых машин с объемом отлив­ки 800, 1600, 3200, 6300. 10000, 16000. 25000 см3 и с усилием запирания формы соответственно 630, 1000. 1600, 2500, 4000, 6300 и 10 000 к11.

Особенности технологии литья изделий из вспененных термо­пластов при высоком давлении. Наибольшее распространение получили три варианта этого метода: литье в форму с расши­ряющейся оформляющей полостью, литье в форму с выдвижным сердечником, двух - н многокомпонентное литье.

Принцип литья в форму с расширяющейся оформляющей по­лостью иллюстрирует рис. 12.10 (/).

Расплавленная композиция впрыскивается в форму, объем оформляющей полости которой па момент впрыска значительно меньше объема готового изделия. Небольшое время впрыска п. высокое давление в форме (около 100 .МПа) предотвращают вспенивание расплава. При этом поверхностные слои уплотня­ются и в пнх подавляется образование газовых пузырей. Через несколько секунд после впрыска, когда образуется монолитная поверхностная корка, задняя плита формы отходит назад, фор­ма раздвигается и давление в ней становится ниже давления насыщения газа н расплаве: происходит вспенивание срединной части материала. По этому методу можно изготавливать изде­лия плотностью 200—800 кг/м3 с высокой точностью размеров. Из-за сложной конструкции раздвижных форм максимальная масса изделий не превышает 5 кг; изделия, как правило, имеют простую конфигурацию. Недостатком метода является наличие следов на поверхности изделия от движущихся частей формы.

Литье пендизделий осуществляется на стандартных литьевых машинах, оснащенных специальными раздвижными формами.

Рис. 12.10. Схема литья поноизделнн под высоким давлением з форму с раз­двигающимися полуформами (У) и с подвижным сердечником (II):

а — нпрыск; <5 — йспеннпаиие; /, 2 — полуформм: 3 — сердечник

Рис. 12.11. Схема двухкомпонентного

/ V7

п

литья:

/ — ;:л«ст»1Катор.• рисплапом для ссрд::синк. ь;; 2 ••• пластикатор с расплавом для оболсчхи; j форма (пояснения гм. в тексте)

В литературе данный метод носит название USM-метода.

Другой вариант метода — литье в форму с выдвижным сер­дечником показан на рнс. 12.10 {//). Впрыск в форму происхо­дит в то время, когда в ней на­ходится сердечник. После запол­нения формы расплавом и обра­зования поверхностной корки изделия сердечник вытягивается из формы, в результате чего давление в форме снижается.

Расплав, под действием растворенного в нем газа, вспенивается.

В литературе данный метод носит название TAF-метода. Литье изделий осуществляется на машинах, снабженных пред - пластикатором с червяком длиной 28D и поршневым инжек­тором для создания высоких скоростей впрыска.

Двухкомпонентное литье применяется для формования изде­лий из двух различных полимеров. Например, поверхность из­делия выполняется из высококачественного материала (ЛВС. НС), а середина из термопласта более низкой стоимости (гра­нулированные отходы термопластов) с газообразователем.

Ниже рассматривается технология двухкомпонентного литья — так называемый сэндвич-процесс, или метод С.

Метод основан на попеременном впрыскивании расплава из двух разных пластикаторов через одну и ту же заливочную втулку (рис. 12.11). Литьевая машина имеет два инжекционпых механизма и двухходовой переключающий клапан, с помощью которого можно либо перекрывать полость формы, либо пооче­редно соединять ее с инжекционными цилиндрами. В исходном положении полость формы 3 закрыта. Далее (позиция II) по­лость формы соединяется с цилиндром 2 и с помощью червяка в форму быстро (за 4 с) впрыскивается расплав полимера, пред­назначенный для формования оболочки изделия. Затем (пози­ции II! и IV) клапан переключается и из цилиндра / в форму впрыскивается расплав полимера, насыщенный газом, для фор­мирования сердцевины изделия; этот расплав «раздувает» обо­лочку, которая отжимается к стенкам формы. После заполнения формы клапан вновь переключается (позиция У) и соединяет полость формы с первым цилиндром, из которого вновь подается

небольшая доля материала оболочки. Массу выдерживают при полном давлении (100 -130 МПа) в течение нескольких секунд, после чего форму частично раздвигают, обеспечивая вспенива­ние сердцевины; при этом часть материала оболочки вытесняет­ся в литник. После охлаждения отливки изделие извлекают из формы. Наиболее ответственным моментом является впрыски­вание второй композиции, так как гни этом возможен разрыв оболочки, образованной первой композицией. Во избежание этого следует строго контролировать скорость и момент впрыс­ка, температуру расплава, температуру формы.

По данному методу получают изделия на основе полнолефн - иов, полистирола, АБС-пластнката, поливинилхлорида, полиме - тилмстакрилата. полиамидов Можно получать как полностью сформованные изделия, так и изделия, в которых сформована только поверхностная корка. Изделия имеют плотность 200 500 кг/м3, толщину 3,2—14 мм, толщину корки 0,25—0,76 мм. Они имеют не только гладкую поверхность, но и очень высокую жесткость.