Горячее прессование. Плиты и пленки из поликарбоната вследствие эластичности и высокой термостойкости можно применять для горячего прессования и получать тонкостенные изделия [13].
Стоимость изделий, получаемых этим методом, примерно в 2 раза выше стоимости изделий, изготовленных литьем под давлением. Однако расходы на оборудование при горячем формовании невелики, а производительность его высока, поэтому стоимость изделий получается довольно низкой. Этот метод за счет низкой стоимости форм рентабелен при выпуске малосерийной продукции. Кроме того, он позволяет быстро изготавливать модели и одновременно производить большое число изделий при применении многогнездных форм. Важным преимуществом горячего прессования является малая продолжительность цикла.
Применяются различные методы горячего прессования [1, с. 281]: формование раздувом без формы, механическое формование, формование под давлением негативное, вакуумформование, негативное формование, позитивное формование, негативное формование с механическим растягиванием листа. Из этих методов наиболее широкое применение нашло вакуумформование [14].

Формы, используемые при горячем прессовании поликарбоната, изготавливают из стали или алюминиевых сплавов. Они должны быть стабильны в размерах, иметь гладкую поверхность и высокую механическую прочность. Применяют также формы из гипса, эпоксидных смол, наполненных металлическим порошком, фенольных смол, армированных стекловолокном, а также из твердых пород дерева с эпоксидным или полиуретановым покрытием.
В процессе формования листа из поликарбоната происходит усадка материала от 0,6 до 0,8%. Эту усадку можно уменьшить, нагревая формы до температуры, не превышающей 145 °С. Обычно нагревание форм не обязательно, однако при изготовлении изделий большой высоты или формуемых на пуансоне, целесообразно нагревать форму до 90-120°С [15]. Поверхность изделий, изготовленных в нагретых формах, получается очень хорошего качества.
Диаметры вакуумных каналов формы зависят от тол-шины формуемого материала. Чем тоньше пленка, тем меньше сечение должны иметь вакуумные каналы. При формовании поликарбоната диаметры вакуумных каналов не должны превышать 5-10~4 м, во избежание появления на поверхности изделий неровностей в виде складок. Размеры каналов следует выбирать так, чтобы можно было всасывать воздух с достаточной скоростью.
Поликарбонат легко подается горячему прессованию как негативным, так и позитивным методами. В процессе формования происходит, однако, утончение стенок изделий.
До начала формования листы и пленки из поликарбоната следует тщательно высушить, чтобы предотвратить появление пузырей в формованных изделиях. Для этого пригоден термостат с циркуляцией воздуха, нагретого до 125 °С.
Высушенный поликарбонат вынимают из термостата непосредственно перед началом формования. Это дает возможность сократить продолжительность цикла. Вследствие электризуемое^TM поликарбоната удаление пыли с поверхности листов и пленки обычными методами затруднено. Наилучшие результаты получаются при обдувании ионизированным воздухом или при использовании антистатиков.

Листы из поликарбоната можно формовать в интервале температур от 170 до 205 °С (предпочтительно при 180°С) [16]. Оборудование для формования должно быть снабжено нагревателями [13]. Применение зональных нагревателей дает лучшие результаты, чем ИК-излучателей, обогревающих только верхнюю поверхность формуемых листов [1, с. 285].
При высоких температурах (200-205 °С) получаются изделия с очень хорошей поверхностью, но слишком тонкими стенками. При более низких температурах (170- 175 °С) стенки имеют удовлетворительную толщину, но при этом можно получать изделия только небольших размеров. Степень изгиба обогреваемых листов поликарбоната практически не зависит от толщины материала и может быть указателем температуры листа. Вследствие быстрого охлаждения цикл формования поликарбонатных изделий непродолжителен. Скорость горячего формования составляет примерно от 2,5 до 25 см/с [14].
Изделия можно подвергать механической обработке.
Механическая обработка
Для механической обработки поликарбонатов используют обычное оборудование, применяемое для обработки металла и дерева [17, с. 223]. Заготовки из поликарбоната можно точить, сверлить, фрезеровать, склеивать, штамповать, пилить, полировать и вырезать по шаблону [18].
Детали из поликарбоната можно соединять между собой или с другими материалами (металлы, дерево, резина, полимеры) с помощью болтов, клепки, склеивания, сварки плавлением, сварки давлением.
Наилучший метод соединения конструктивных элементов из поликарбоната в производственных условиях- это соединение заклепками. Чаще всего применяются металлические заклепки, хотя можно использовать заклепки из поликарбонатов, если их диаметр не превышает 3-10~3 м. Клепку следует проводить с предварительным нагреванием соединяемых концов или с помощью нагретой заклепочной обжимки.
Поликарбонат можно соединять с помощью болтов. Отверстия в соединяемых деталях, если это возможно, следует выполнять в процессе формования, так как сверление отверстий влечет за собой ослабление материала. Распределение напряжений в соединениях такого типа неравномерно, так как напряжения концентрируются на небольших участках.
Отверстия должны быть заключены во вкладки, изготовленные из спиралевидной проволоки, которые вкручиваются в резьбовое отверстие или в металлические вкладки формы, обеспечивая прочное соединение вкладки с поликарбонатом [1, с. 295]. Отверстия в поликарбонате можно нарезать метчиком или в процессе формования помещением в форме стержня с резьбой.

Склеивание. Поликарбонат можно склеивать с различными материалами. Для соединения деталей из поликарбоната используют растворители [19, 21]. Для соединения поликарбоната с другими материалами (деревом, сталью, резиной, другими полимерами) применяют клеи [19, 20].
Существует несколько типов соединений, рекомендуемых при склеивании поликарбоната. Соединения встык применяются при склеивании растворителями, а соединение внахлестку - при соединении с помощью клеев [1, с. 297]. Более сложные соединения являются комбинацией соединений внахлестку и встык, благодаря чему обеспечивается большая прочность шва.
В качестве растворителей для швов, рекомендуемых для склеивания поликарбоната чаще всего применяют метиленхлорид и этил-хлорид или их смесь, причем содержание этилхлорида в смеси не должно превышать 40%, чтобы испарение растворителя из шва не продолжалось слишком долго.
Для склеивания поликарбонатной пленки применяют смесь растворителей и разбавителей (например, 25 вес. ч. этилацетата, 50 вес. ч. толуола, 25 вес. ч. метиленхлори-да) [1, с. 297]. Смесь эта хорошо и быстро склеивает пленку. После сушки в течение 24 ч при комнатной температуре прочность клеевого шва полосы пленки толщиной 3-10~2 м, шириной 2-10~2 м и нахлестке поверхностью 2-10~4 м составляла 7,8-105 Па, что приблизительно соответствует прочности на разрыв неклееной пленки тех же размеров.
Иногда для склеивания используют растворы поликарбоната в метиленхлориде. Концентрация поликарбоната в растворе не должна превышать 1-8% [19]. При используемых при склеивании поликарбоната больших концентрациях трудно получить шов, не содержащий пузырей.
При склеивании растворителями смачивают одну или обе соединяемые поверхности. Склеивание облегчается при применении специальных форм в виде негатива соединяемых поверхностей [19], изготовленных из металла или дерева. Формы опускают в ванну с растворителями, затем их вынимают, прижимают склеиваемые поверхности к увлажненным формам и выдерживают в течение 3-5 с. После этого детали помещают в зажимы так, чтобы соединяемые поверхности находились друг против друга в течение нескольких секунд. За это время происходит испарение большей части растворителя. Затем детали соединяют так, чтобы их поверхности плотно прилегали друг к другу. Для того чтобы растворитель мог улетучиться, не следует слишком сильно сжимать детали в течение первых 10-20 с. По истечении этого времени детали помещают в специальный зажим и постепенно сжимают, увеличивая давление до 2,9-105-9,8-105 Па в зависимости от размера поверхности соединяемых деталей. Время сжатия деталей равно 3-5 мин. При применении метиленхлорида соединение деталей с достаточной прочностью достигается через 24-48 ч сушки при комнатной температуре.
Если детали склеивают растворами поликарбоната или другими растворителями, сушка продолжается от нескольких суток до нескольких недель [19, 22].
Поликарбонат можно так же склеивать и с другими полимерами, если они растворяются в тех же растворителях. С помощью растворителей можно приклеить поликарбонатную пленку к поверхности гальванизованных или покрытых слоем окислов металлов. Бумагу или ткань склеивают с поликарбонатом после насыщения их 1 - 5%-ным раствори поликарбоната в метиленхлориде [1, с. 299].

Прочное склеивание поликарбоната достигается при применении клеев, не содержащих растворителей, например эпоксидных [21]. При склеивании поликарбоната с металлами целесообразно применять эпоксидные клеи, отверждающиеся при комнатной температуре. При повышенных температурах разность в термических коэффициентах расширения обоих материалов вызывает появление напряжений, которые могут привести к растрескиванию шва и уменьшению прочности.
Клеи, используемые для склеивания поликарбоната, не требуют, как правило, отверждения при повышенных температурах. Силиконовые и полисульфидные клеи позволяют склеивать поликарбонат со многими материалами, при этом достигается очень прочное склеивание. Такие клеевые швы могут работать при температуре от -70 до 200 СС. Для склеивания поликарбонатов используют также полиамидные клеи в виде расплавов. Нагретый расплав клея образует шов большой прочности уже через несколько секунд. Прочность шва значительно уменьшается при температуре <-20 и >100°С. Эти клеи склонны также к «холодному течению» под действием длительных нагрузок при комнатной температуре. Неопреновые и полиизобутиленовые клеи рекомендуется применять в тех случаях, когда склеенные детали работают при комнатной температуре и под действием небольших нагрузок [1, с. 300].
ОКРАШИВАНИЕ ПОЛИКАРБОНАТОВ
При окрашивании поликарбонатов возникают следующие проблемы. Во-первых, вследствие высокой вязкости расплавов поликарбонатов затрудняется равномерное распределение в нем красителя. Во-вторых, из-за высокой температуры, необходимой для формования поликарбоната, ограничивается применение красителей, из которых могут быть использованы только устойчивые при условиях формования. В-третьих, количество используемого пигмента должно быть возможно малым, чтобы не ухудшить свойства поликарбоната.
Для получения хорошей окраски изделия очень важны два фактора: устойчивость дисперсии пигмента (или красителя) и степень растворения или распределения диспергированного пигмента в полимере. Хорошая дисперсия и распределение пигментов в поликарбонате обеспечивают получение стойкого окрашивания и равномерной пигментации, воспроизводимых от смеси к смеси.
При сухом перемешивании красителя с гранулами поликарбоната с последующей экструзией при относительно высоких скоростях и температурах получается неравномерное окрашивание деталей [23, 24]. Для улучшения цветораспределения добавляются некоторые диспергирующие агенты, например полиэтиленгликоль. Однако добавление этих агентов не снимает полностью углублений и полос на поверхности экструдированных или формованных изделий. Кроме того, добавление полиэтилен-гликоля ухудшает физико-механические свойства изделий из поликарбоната.
Получение равномерноокрашенных в массе изделий из поликарбоната при сухом смешении полимера с пигментом (или красителем) осуществляется в экструдере с равномерной глубиной захвата при уменьшении температуры от зоны подачи материала к головке примерно на 100 °С, при низкой скорости сдвиговых усилий.

Экструдер состоит из цилиндра, в котором находится шнек, вращающийся от двигателя через передачу. Гранулы поликарбоната и пигмент непрерывно загружаются в зону через питательный бункер. Вращением шнека гранулы последовательно продвигаются.. В зоне плавления образуется вязкая пластичная масса с распределенным в ней пигментом. Через зону дозирования материал переходит в стандартную головку. Кожух, окружающий рабочий цилиндр, обеспечивают вход и выход теплоносителя, температура которого поддерживается нагревателями (инфракрасными или электрическими) и охлаждающими вентиляторами. Шнек экструдера имеет винтовую резьбу с постоянным шагом между минимальным углом 9° и максимальным углом 18°. Диаметр (по верхней грани зубца) одинаков по всей длине. Отношение длины к диаметру экструдера составляет от 10 : 1 до 24: 1. Достоинством экструдера является сравнительно медленная подача материала и простота очистки шнека, что особенно важно при частой смене цвета окрашиваемого материала.
Описанный экструдер позволяет получить однородную пигментацию сухим смешением гранул поликарбоната.
В качестве непрозрачных пигментов, для окрашивания поликарбоната в расплаве применяют окислы РЬ, Zn, Ti, Sb, Fe, Cr, Cd, сульфоселениды Са, сульфид Cd, ультрамарин и другие, позволяющие получить широкую гамму оттенков.
Из органических красителей рекомендуется применять фталоцианиновые (с металлом и без металла), а также замещенные фталоцианины, в которых атомы водорода замещены другими группами, например, галоген, алкил-, арил-, амино-, нитро-, сульфо-, карбокси-, алкокси-, арилокси-, тиоциангруппами и др. Можно также применять органические красители, растворимые в обычных растворителях: трифенилметановые, оксазиновые, азокрасители и антрахинонового ряда [25].

Применение антрахиноновых красителей позволяет сохранять устойчивость окраски при температурах до 650-700 °С [26]. Органические красители можно сочетать с пигментами, особенно с пигментами белого цвета, например двуокисью титана. Оптимальное распределение пигмента в экструдированном продукте зависит от частоты вращения шнека. Критическое значение скорости смешения пигментов с поликарбонатом лежит в пределах 20-280 оборотов/мин, в зависимости от природы пигмента. Было установлено также, что четкость цвета экструдируемого изделия обратно пропорциональна частоте вращения шнека.
Для смешения пигментов с поликарбонатом можно использовать любое стандартное оборудование: смесители и вальцы различной конструкции (ленточные, с барабанным цилиндром, двухконусные, V-конусные и грибовидные).
Количество добавляемого пигмента должно составлять 0,1-5,0% (предпочтительно 0,5-1,0%) от массы поликарбоната; это количество обеспечивает четкое и равномерное окрашивание, не влияя существенно на физико-механические свойства поликарбоната.
Рекомендуется вначале смешивать небольшое количество гранул поликарбоната с большим количеством пигмента, чтобы получить высокую концентрацию пигмента. Такие предварительно окрашенные гранулы затем можно добавить к неокрашенным гранулам поликарбоната в экструдере в заранее определенном соотношении и получить заданную глубину и цвет окраски. Температура в экструдере уменьшается от 350°С (предпочтительно 260-300°С) в питательной зоне до 160°С (чаще 180°С) к концу экструзионной головки. Давление в головке экструдера не оказывает большого влияния на степень дисперсности пигмента и может изменяться от 3.43 до 68,6 МПа. Однако при давлении 49 МПа степень дисперсности уменьшается. При давлении 20,6- 41,2 МПа необходимо уменьшить загрузку в экструдер, чтобы получить однородные по размеру гранулы.
Хорошая дисперсия получается при среднем размере частиц от 0,5 до 25 мкм с преимущественным содержанием частиц менее 10 мкм.
Описанный метод окрашивания в массе в процессе экструдирования пригоден для гомо- и смешанных поликарбонатов, а также сополиэфиров различного строения.
Окрашиваемый поликарбонат может содержать наполнители, стабилизаторы, пластификаторы и антиоксиданты; все эти компоненты не вносят существенных изменений в процесс окрашивания. Различные оттенки можно получить, применяя смеси двух или более пигментов.
Окрашивание изделий из поликарбоната возможно также в готовом виде (с поверхности). Для этой цели изделия погружают при температуре выше 60 °С в водяную ванну, содержащую в диспергированном состоянии 0,001 -1,0% нерастворимого в воде, но растворимого в маслах красителя, и 0,1-3,0% смеси сольвентнафты и маслорастворимого поверхностно-активного вещества (ПАВ), например, дитретоктилсульфосукцината натрия [27].

Comments are closed.