Данная работа  посвящена  общим  аспектам  и  технологии  производствапластических масс.      Пластические массы,  пластмассы,  пластики,  материалы,  содержащие  в своём составе полимер, который  в  период  формования  изделий  находится  ввязкотекучем  или  высокоэластичном  состоянии,  а  при  эксплуатации  -   встеклообразном или кристаллическом состоянии.  В  зависимости  от  характерапроцессов, сопутствующих формованию изделий, П. м. делят на  реактопласты  итермопласты. К числу реактопластов относят материалы, переработка в  изделия которых сопровождается химической реакцией образования сетчатого полимера  - отвердением; при этом пластик необратимо утрачивает  способность  переходить в вязкотекучее состояние (раствор или расплав). При  формовании  изделий  из термопластов не  происходит  отвердения,  и  материал  в  изделии  сохраняет способность вновь переходить в вязкотекучее состояние.      П.  м.  обычно  состоят  из  нескольких  взаимно  совмещающихся  и  не совмещающихся компонентов. При этом, помимо полимера, в состав П.  м.  могут входить  наполнители  полимерных  материалов,   пластификаторы,   понижающие температуру  текучести  и  вязкость   полимера,   стабилизаторы   полимерных материалов, замедляющие его старение, красители  и  др.  П.  м.  могут  бытьоднофазными (гомогенными) или многофазными (гетерогенными,  композиционными) материалами. В гомогенных  П.  м.  полимер  является  основным  компонентом, определяющим свойства материала. Остальные компоненты растворены в  полимере и способны улучшать те или иные его свойства. В гетерогенных П.  м.  полимер выполняет  функцию  дисперсионной  среды   (связующего)   по   отношению   к диспергированным в нём компонентам, составляющим самостоятельные  фазы.  Для распределения внешнего  воздействия  на  компоненты  гетерогенного  пластика необходимо обеспечить прочное сцепление на  границе  контакта  связующего  с частицами  наполнителя,  достигаемое  адсорбцией  или  химической   реакцией связующего с поверхностью наполнителя.

Наполненные и супернаполненные пластики

Наполнитель в П. м. может быть в газовой или конденсированной фазах. В последнем случае  его  модуль  упругости  может  быть  ниже  (низкомодульные наполнители)  или  выше  (высокомодульные  наполнители)   модуля   упругости связующего.       К числу газонаполненных пластиков  относятся  пенопласты  -  материалынаиболее лёгкие из всех П. м.; их кажущаяся плотность составляет  обычно  от 0,02 до 0,8 г/см3.
Низкомодульные наполнители (их иногда  называют  эластификаторами),  в качестве  которых  используют  эластомеры,  не  понижая   теплостойкости   и твёрдости   полимера,   придают   материалу   повышенную   устойчивость    к знакопеременным  и  ударным   нагрузкам   (см.   табл.   1),   предотвращают прорастание  микротрещин  в  связующем.  Однако   коэффициент   термического расширения эластифицированных П.  м.  выше,  а  деформационная  устойчивость ниже, чем монолитных связующих. Эластификатор  диспергируют  в  связующем  в виде частиц размером 0,2-10 мкм. Это достигается полимеризацией мономера  на поверхности  частиц  синтетических  латексов,  отверждением   олигомера,   в котором диспергирован эластомер, механическим  перетиранием  смеси  жёсткого полимера  с  эластомером.  Наполнение  должно  сопровождаться   образованием сополимера на  границе  раздела  частиц  эластификатора  со  связующим.  Это обеспечивает кооперативную реакцию связующего и  эластификатора  на  внешнее воздействие в условиях эксплуатации материала.  Чем  выше  модуль  упругости наполнителя и степень  наполнения  им  материала,  тем  выше  деформационная устойчивость  наполненного   пластика.   Однако   введение   высокомодульных наполнителей в большинстве  случаев  способствует  возникновению  остаточных напряжений в связующем, а следовательно, понижению прочности и  монолитности полимерной фазы.   Свойства  П.  м.  с   твёрдым   наполнителем   определяются   степенью наполнения, типом наполнителя и связующего, прочностью сцепления на  границе контакта,  толщиной  пограничного  слоя,   формой,   размером   и   взаимным расположением частиц  наполнителя.  П.  м.  с  частицами  наполнителя  малых размеров,   равномерно   распределёнными   по   материалу,   характеризуются изотропией свойств, оптимум  которых  достигается  при  степени  наполнения, обеспечивающей  адсорбцию  всего  объёма  связующего   поверхностью   частиц наполнителя.  При  повышении  температуры  и   давления   часть   связующего десорбируется с  поверхности  наполнителя,  благодаря  чему  материал  можно формовать в изделия сложных форм с хрупкими армирующими  элементами.  Мелкие частицы наполнителя в  зависимости  от  их  природы  до  различных  пределов повышают модуль упругости изделия, его  твёрдость,  прочность,  придают  ему фрикционные,   антифрикционные,   теплоизоляционные,   теплопроводящие   или  электропроводящие свойства.       Для получения П. м. низкой  плотности  применяют  наполнители  в  виде полых частиц. Такие материалы (иногда  называемые  синтактическими  пенами),кроме того, обладают хорошими звуко- и теплоизоляционными свойствами.       Применение  в  качестве   наполнителей   природных   и   синтетических органических  волокон,   а   также   неорганических   волокон   (стеклянных, кварцевых,  углеродных,  борных,  асбестовых),  хотя  и  ограничивает  выбор методов формования и затрудняет изготовление изделий  сложной  конфигурации,  но  резко  повышает  прочность  материала.  Упрочняющая   роль   волокон   в волокнитах,   материалах,   наполненных   химическими   волокнами   (т.   н. органоволокнитах), карбоволокнитах  (см.  Углеродопласты)и  стекловолокнитах проявляется уже при длине  волокна  2-4  мм.  С  увеличением  длины  волокон прочность  возрастает  благодаря  взаимному  их  переплетению  и   понижению напряжений в связующем (при высокомодульном наполнителе), локализованных  по концам волокон.  В  тех  случаях,  когда  это  допускается  формой  изделия, волокна скрепляют между собой в нити и в ткани различного плетения.  П.  м., наполненные   тканью   (текстолиты),   относятся   к   слоистым   пластикам, отличающимся анизотропией свойств,  в  частности  высокой  прочностью  вдоль слоёв наполнителя и низкой в перпендикулярном направлении.  Этот  недостаток слоистых пластиков отчасти  устраняется  применением  т.  н.  объемно-тканых тканей,  в  которых  отдельные  полотна  (слои)  переплетены  между   собой. Связующее  заполняет  неплотности  переплетений  и,  отверждаясь,  фиксирует форму, приданную заготовке из наполнителя.      В изделиях несложных форм, и особенно в полых телах вращения, волокна-наполнители расположены  по  направлению  действия  внешних  сил.  Прочность таких П. м.  в  заданном  направлении  определяется  в  основном  прочностью волокон; связующее лишь фиксирует форму изделия  и  равномерно  распределяет нагрузку по волокнам. Модуль упругости и прочность  при  растяжении  изделия вдоль расположения волокон достигают очень высоких значений . Эти показатели зависят от степени наполнения П. м.      Для панельных конструкций  удобно  использовать  слоистые  пластики  с наполнителем  из  древесного  шпона  или  бумаги,  в  том  числе  бумаги  из синтетического  волокна   (Древесные   пластики,   Гетинакс).   Значительное снижение массы панелей  при  сохранении  жёсткости  достигается  применением материалов трёхслойной, или сэндвичевой, конструкции с  промежуточным  слоем из пенопласта или сотопласта.       Основные виды термопластов. Среди термопластов  наиболее  разнообразно применение полиэтилена, поливинилхлорида и  полистирола,  преимущественно  в виде гомогенных или эластифицированных материалов,  реже  газонаполненных  и наполненных  минеральными   порошками   или   синтетическими   органическими волокнами.

Литье при низком давлении

Одной из разновидностей литья под давлением термопластичных материалов является т.н. литье при низком давлении  (low-pressure  injection  molding).
Литье при низком  давлении  применяется  для  изготовления  крупногабаритных изделий (столешницы, двери, различные панели,  подставки  и  пр.),  а  также изделий с декоративной поверхностью, получаемых методом  литья  на  подложку (ткань, кожу, пленку).  В  зарубежной  литературе  для  последнего  процесса обычно  используют  термины  "In-mold   decoration"   (IMD)   или   "In-mold lamination".  Методом  литья  на  подложку  изготавливают  мебель   (сиденья стульев и кресел), чемоданы  и  дипломаты,  крупногабаритные  детали  салона автомобилей и т.д.
Особенностью  литья  на  подложку  является  невозможность  применения высоких скоростей впрыска, характерных для  обычного  литья  под  давлением, т.к. при высокой скорости впрыска происходит  смещение  и  смятие  подложки.
При малых скоростях впрыска  резко  уменьшаются  потери  давления:  давление впрыска в этом процессе обычно не превышает 10 МПа.
Хотя время  впрыска  в  данном  процессе  удлиняется  в  3-4  раза  по сравнению с обычным литьем, общее время цикла остается на том же уровне  из-за того,  что  практически  отсутствует  стадия  выдержки  под  давлением  и уменьшается время выдержки на охлаждение. Изделие можно извлекать из  пресс- формы при более высокой температуре. Изделия, полученные литьем  при  низком давлении,  отличаются  низким  уровнем   остаточных   напряжений   и   малым короблением.
Малая скорость впрыска и низкое давление выдвигают особые требования к материалу и конструкции изделия, пресс-форме и литьевому оборудованию.

Требования к материалу изделия

Для  литья  на  подложку  обычно  используют  материалы  с   невысокой температурой переработки, такие как полипропилен, АБС-пластики  и  смеси  на их основе.
Процесс требует  применения  материалов  с  высокой  текучестью.  Хотя подложка является хорошим изолятором и изделие охлаждается  только  с  одной стороны, при низкой скорости  впрыска  диссипативное  тепловыделение  крайне мало - расплав быстро охлаждается.
Выбор материала и определение толщины изделия,  необходимой  для  100% заполнения, может быть выполнен с высокой точностью в  программном  продукте Flow.  Для  учета  влияния  подложки  на  процесс  литья  необходимо   также использовать  анализ  охлаждения  пресс-формы  Cool  (в   этом   программном продукте предусмотрен специальный анализ литья на подложку).

Требования к пресс-форме

Использование  низких  давлений  и  малых  скоростей  резко  уменьшает требования к  механической  прочности  деталей  пресс-формы,  что  позволяет существенно уменьшить толщину плит и вес пресс-формы по сравнению с  обычным литьем.   Пресс-форма   может   изготавливаться    из    недорогих,    легко обрабатываемых материалов.
В  то  же  время  в  данном  процессе   используется   горячеканальная литниковая  система.  Одной  из  особенностей  литья  при  низком   давлении является малая прочность и низкое  качество  линий  спая.  В  области  спаев наблюдаются дефекты на декоративной  подложке.  Поэтому  для  предотвращения появления  линий  спая  в  литье  при  низком  давлении  применяется  особая технология "последовательных впусков" (sequential gating, cascade  control). В  этой  технологии   используются   запирающиеся   горячеканальные   сопла. Начальное состояние всех сопел, кроме одного - закрытое.  Сопло  открывается только в тот момент, когда  до  него  доходит  фронт  расплава.  Оптимальное положение впусков, а также моменты открытия/закрытия могут  быть  определены на этапе конструирования изделия/пресс-формы в программном продукте Flow.

Литьевые машины для литья при низком давлении

Отсутствие высоких давлений и скоростей значительно упрощает все  узлы литьевой машины. В 3-4 раза снижается усилие замыкания. Уменьшается  толщина и габариты крепежных плит. Например, машина для литья при низком давлении  с усилием замыкания 350 т имеет плиты с размерами 1120 х 1120  мм,  тогда  как размер  плит  машины  с  таким  же  усилием  замыкания  для  обычного  литья составляет всего 735 х 735 мм. Специальные литьевые машины для литья при  низком  давлении  выпускают фирмы Hettinga Equipment, Engel, Krauss-Maffei и др.

Преимущества литья под давлением изделий из термопластов   с применением горячеканальных форм

К  преимуществам  литья  под  давлением  термопластов  с   применением точечного  литья  горячеканальных  форм  перед  литьем   под   давлением   с использованием затвердевающей литниковой  системы  относятся,  в  частности, отсутствие отходов, улучшение качества изделий,  возможность  интенсификации производственного процесса.  Широкое  внедрение  этого  метода  обеспечивает значительный экономический эффект  за  счет  полной  автоматизации  процесса литья под давлением  термопластов  без  применения  промышленных  роботов  и манипуляторов.   Техническое   перевооружение   заводов,    перерабатывающих пластические   массы,   предусматривает   поэтапную    замену    маломощного оборудования  и  малогнездной  оснастки  более   производительным   литьевым оборудованием  и  новой  горячеканальной   многогнездной   и   многовпускной безотходной оснасткой. Перевооружение целесообразно начинать с  экономически наиболее рентабельных и  крупносерийных  производств,  а  также  с  заводов, выпускающих крупногабаритные изделия.

Особенности  конструкций   горячеканальных   форм

Наиболее   широко используют три варианта конструкции впускного устройства литниковой  системы горячеканальной формы.
Впускное устройство варианта I состоит из  распределителя,  в  котором расположены  обогреваемые  литниковые  каналы,  датчики  терморегуляторов  и открытые   сопла    со    специальными    термоизолирующими    опорными    и герметизирующими втулками, предотвращающими  вытекание  расплава  из  камеры сопла. Форма с таким  впускным  устройством  предназначена  для  переработки высоковязких и вязких  материалов  (полиолефинов).  Сопла  изготавливают  из бериллиевой  бронзы  марки  БР-Б2  (ГОСТ  15-835-70),   термоизолирующие   и герметизирующие виулки и другие детали - из титанового сплава ТВ (ГОСТ  190-173-75).   Бериллиевая   бронза   имеет   наиболее    высокий    коэффициент теплопроводности, что уменьшает потери тепла из текущего в соплах  расплава.
Титановый сплав, наоборот, имеет минимальный  коэффициент  теплопроводности, что предотвращает нагрев соприкасающихся с ним  деталей  формы,  в  основном матрицы и переднего фланца.
Вариант II  отличается  от  варианта  I  применением  самозапирающихся клапанов,  которые  открываются  под  действием  давления  расплава  на   их заплечики, а после заполнения оформляющих полостей и уплотнения отливки  они с помощью пружины запирают выходные каналы, расположенные в переднем  фланце формы. Зазор между сферическими поверхностями сопла и матрицы  не  превышает 0.01  -  0.02  мм,  поэтому  расплав  через  него  не   проникает.   Упорно- центрирующие пояски на наружной конической  поверхности  сопла  предохраняют тонкие стенки его  камеры  от  разрушения  сферической  поверхностью  сопла, образующийся воздушный зазор обеспечивает  теплоизоляцию  сопла  и  матрицы, предотвращает вытекание расплава из  камеры  головки  сопла  в  пространство между  распределителем,  переднем  фланцем  и  матрицей,  а  также   взаимно центрирует сопло и впускные каналы матрицы.  Формы  с  впускным  устройством варианта  II  -  V  предназначены  для  переработки  маловязких   материалов (полиамидов).
Варианты II - V отличаются от варианта I тем,  что  в  них  коническая поверхность клапана запирает впускной канал, расположенный не в сопле,  а  в матрице и углубляется  внутрь  изделия  на  0.01  -  0.03  мм.  Зазор  между цилиндрическим стержнем клапана и  соплом  составляет  1-  1.5  мм,  а  само сопло,  верхняя  часть  которого  находится  в  камере   матрицы,   окружено изоляционным слоем толщиной 2-3  мм.  Для  предотвращения  его  вытекания  в камеру   распределителя   служат   специальные   опорно-герметизирующие    и теплоизоляционные втулки  из  титана.  Впускные  устройства  вариантов  II-V обеспечивают литье изделий без  дополнительной  зачистки  следов  на  них  и предназначены для переработки маловязких полимерных материалов.  Разработаны комбинированные литниковые системы  с  обогреваемым  разводящим  литником  и затвердевающими   подводящими   впускными    литниками.    Для    одно-    и четырехгнездных  горячеканальных  форм  применяют  одно-  и  четырехсопловые запорные обогреваемые краны.
Во всех вариантах впускных устройств сопла крепятся  к  распределителю путем  их  плотной  посадки  в  гладких  глухих  отверстиях  или  с  помощью резьбовых соединений с уплотнительными  коническими  поясками.  Оба  способа крепления сопел используют в одногнездных  формах  как  с  одним,  так  и  с несколькими впускными каналами в производстве  крупногабаритных  изделий,  а также в многогнездных формах .

Получение  высококачественных   изделий   литьем   под   давлением   с применением  горячеканальных  форм

При  литье  под  давлением  изделий   в горячеканальных формах  обеспечивается  наиболее  равномерное  заполнение  и уплотнение  оформляющих  полостей  без  опережающих  потоков  расплава,  под действием которых в затвердевающей литниковой  системе  образуются  холодные спаи,   что   особенно   характерно   для   одногнездных   многовпускных   и многогнездных форм. При этом  заполнение  оформляющих  полостей  достигается при минимальном  давлении  благодаря  отсутствию  затвердевающей  литниковой системы, а в многовпускных и многогнездных формах  -  за  счет  равномерного распределения и повышения температуры на всем пути течения  расплава  и  его уменьшения в обогреваемых  литниковых  каналах  и  оформляющих  полостях,  а также в результате дополнительного разогрева расплава при его  продавливании через точечные впускные каналы. Все  это  позволяет  увеличить  максимальную площадь литья на одной и той же машине на 30-40%  по  сравнению  с  площадью литья, достигающейся при использовании  затвердеваюшей  литниковой  системы, или применять при той же площади литья машину с меньшим усилием запирания  и менее металлоемкими формами. Литье  при  пониженном  давлении  и  повышенной температуре  полости  формы  обеспечивает  получение  изделий   с   меньшими остаточными напряжениями, улучшает условия  заполнения  формы  и  уплотнения расплава, а также условия эксплуатации формы с повышением ее  долговечности.
В горячеканальных формах минимальная конусность нагнетающей  части  клапанов и впускных каналов позволяет без участия  шнека  с  помощью  сжатой  пружины подавать   в   оформляющие   полости    дополнительный    объем    расплава, компенсирующий усадку. Благодаря этому  увеличивается  плотность  отливок  и возрастает равномерность ее  распределения  по  объему  отливки,  что  имеет особенно  большое  значение   в   производстве   высокоточных   изделий.   В распределителе  горячеканальной  формы  рядом  с  литниковыми   каналами   и вмонтированными в них соплами параллельно  обеим  сторонам  каждого  из  них расположены нагреватели, а в конце каналов установлены в контакте  с  глухой стороной крайних (несквозных) сопел датчики  терморегуляторов  и  аналоговые приборы Р-133 с усилителями  У-13  для  снятия  избыточной  мощности.  Такая электромонтажная  схема  при  праллельном  включении  в  сеть   обеспечивает равномерную температуру расплава  в  любой  точке  литниковых  каналов  и  у каждого сопла, к которым подводится дозированное количество  электроэнергии.
С помощью  термопар  осуществляется  своевременное  включение  и  отключение электрической сети, что предупреждает перегрев  расплава  и  нагревателей  и выход  их  из  строя.  Благодаря  равномерному   распределению   температуры расплава и формы исключается возможность коробления изделий и  необходимость их рихтовки перед сборкой или установкой  в  агрегат,  а  также  достигается равномерность   усадки   охлаждаемого    изделия.    Необходимая    мощность нагревателей и их количество рассчитываются по известной методике.  Варианты III - V - литье в центр дна изделия.

Интенсификация процесса изготовления изделий литьем  под  давлением  с применением   горячеканальных   форм

Возможность   такой   интенсификации обеспечивается  в  результате  снижения  удельных  материальных,   трудовых, энергетических и других  затрат  из-за  устранения  необходимости  отделения литников и зачистки их следов  на  изделии  и  исключения  при  этом  затрат первичного материала на  образование  литников,  их  дробление  и  вторичное гранулирование. Для изготовления мелких деталей вместо  маломощных  литьевых машин с одногнездными формами целесообразно применять более мощные  литьевые машины и многогнездные безлитниковые горячеканальные формы.  В  производстве крупногабаритных изделий  вместо  форм  с  одним  впускным  каналом  следует использовать  многовпускные  горячеканальные  формы.  Выбор  числа  гнезд  в формах должен предшествовать определению мощности,  объема  впрыска,  усилия запирания и типоразмера литьевой машины с учетом  сложившегося  ассортимента изделий; потребности в них; сроков поставок изделий; самоокупаемости  затрат на изготовление форм;  минимальной  удельной  трудоемкости  и  себестоимости формы и  изделий;  максимально  возможного  высвобождения  производственного персонала; многостаночного обслуживания  литьевых  машин  на  основе  полной автоматизации  процесса  без   применения   ручного   труда;   эффективности использования мощности литьевой машины, в том числе производительности  узла пластикации, объема  и  скорости  впрыска,  а  также  усилия  запирания  при минимальном давлении в полости  формы;  долговечности  горячеканальных  форм при снятии 1 млн. изделий с одного гнезда формы.
В  результате   комплексной   интенсификации   процесса   предприятия, использующие  горячеканальные  безотходные  многогнездные  и  многовпусковые формы, могут получить такой же  экономический  эффект,  как  при  увеличении объема производства и  повышении  производительности  оборудования  в  20-30 раз. При одновременном впрыске, заполнении, уплотнении,  и  охлаждении  всех гнезд или участков изделия суммарная  продолжительность  этих  стадий  цикла становится  равной  их  продолжительности  при  использовании   одногнездной формы, что повышает производительность  оборудования  прямо  пропорционально числу гнезд в форме  или  числу  участков  в  многовпускной  горячеканальной форме. Охлаждение всех гнезд или  участков  одного  изделия  одновременно  с пластикацией  дозы  расплава  позволяет  сократить  продолжительность  цикла литья за счет исключения  из  него  времени  пластикации  расплава  или  его охлаждения.   Следовательно,   максимальная   производительность    процесса обеспечивается  при  максимально  возможном  числе  гнезд  или   впусков   в многовпускной форме. Этого можно достичь при  использовании  литьевых  машин такой  мощности  и  таких   типоразмеров,   которые   позволяют   разместить максимальное число гнезд или участков одного изделия в многовпусковой  форме и зон охлаждения. В результате снижается потребность в литьевых машинах  для выполнения одного и того же объема работ  при  наивысшей  производительности труда, а также сокращаются необходимые производственные площади.  Уменьшение количества форм с  увеличенной  гнездностью  снижает  удельную  трудоемкость изготовления  формы  в  расчете  на  одно  изделие,  а  также  объем  работ, выполняемых инструментальным и ремонтным цехами.