Цех по переработке термопластов

Реактопласты порошковые могут перерабатываться подобно  термопластам, как описано выше методом  прессования или литья. Однако их отверждение связано с химическим процессом  сшивки линейных цепей  полимера и образованием твердой  трехмерной сетки. Иногда процессы формования и химического отверждения реактопластов  протекают одновременно. Часто для  достижения необходимой полноты  отверждения готовые изделия  подвергают дополнительному нагреванию в печах или автоклавах, что  требует значительно большего времени, чем застывание расплава  у термопластов.

Реактопласты, являющиеся вязким жидкостями (термореактивные смолы), которые уже находятся в вязкотекучем состоянии, нельзя перерабатывать методом литья. Для них существуют другие методы (намотка, пултрузия, промазка и другие),  в процессе которых полимер подвергается следующим операциям:

 

1. Предварительное совмещение с наполнителем (часто непрерывным);
2. Формование изделия на внешней поверхности оснастки;
3. Термическое отверждение под давлением сопровождающиеся химическим сшиванием линейных цепей полимера с образованием твердого изделия определенной формы.

 

Таким образом переработка как термопластов, так и реактопластов в любом случае осуществляется по единому принципу: создание вязкотекучего или высокоэластического состояния; формование в замкнутой или в открытой форме; отверждение в результате охлаждения расплава (термопласты) или химического сшивания (реактопласты).

Тем не менее методы практического осуществления этого единого принципа весьма разнообразны. Так, при переработке из расплава кроме вышеописанного типичного способа литья под давлением, применяются выдувное и ротационное формование, экструзия, каландрование и другие. Для переработки полимеров из растворов используют нанесение на подложку (при получении пленок) и фильерную вытяжку (в производстве волокон). Для формования из высокоэластического состояния полимеров применяют вакуум- и пневмоформование, раздув предварительно полученных заготовок и другие методы.

Несмотря на относительную  простоту единого принципа переработки  полимеров, конкретное аппаратурное оформление методов может быть очень сложным. Эта сложность связана с необходимостью большой производительности перерабатывающей машины, ее автоматизации и механизации, высокой размерной точности изделий, а также с наличием многих разновидностей одного и того же процесса.

Очевидно, что выбор того или иного метода переработки  зависит от вида получаемого изделия  и от свойств перерабатываемого  полимера.

 

2.  Классификация методов переработки полимеров

 

Многообразие методов  формования при переработке полимеров  вызывает необходимость их классификации. Однако в настоящее время нет  единого подхода к этому вопросу. Различные авторы предлагают классифицировать методы переработки по разным характеристикам:

 

1. По виду получаемых изделий методы переработки подразделяют как:

1. Формование дискретных (отдельных, штучных) изделий, получаемых в периодическом режиме;

2. Формование погонажных материалов (пленки, трубы, профильерованные изделия, волокна), получаемые непрерывным методом.

Как видно, такое подразделение  методов является довольно сложным. Кроме того приходиться выделять дополнительно группу изделий, получаемых из полуфабрикатов.

В этой классификации не отражена также специфика методов переработки реактопластов.

2. По типу полимеров методы классифицируются так:

1. Методы переработки термопластов;

2. Методы формования реактопластов.

Такая классификация не отражает специфики самих методов. Кроме  того некоторые из методов являются универсальными и применяются для  обоих видов полимеров.

3. По физическому состоянию полимера в момент формования различают следующие группы методов

1. Переработка полимеров, находящихся в вязкотекучем состоянии расплава. Сюда относятся методы литья под давлением, экструзии, прессования, каландрования, выдувного и ротационного формование. Эти методы основаны на способности расплава значительным и необратимым деформациям (течению) при одновременном  действии нагрева и давления.

2. Формование полимеров, находящихся в высокоэластичном (размягченном) состоянии. К этим методам относятся горячая штамповка, вакуум- и пневмоформование полимерных листов и пленок, раздувное формование пустотелых заготовок (преформ и других). В данном случае метод основывается на способности нагретых изделий (листов, пленок или заготовок) к значительным обратимым высокоэластическим деформациям.
3. Переработка полимеров, находящихся в вязкотекучем состоянии раствора или дисперсии. Сюда относятся методы получения пленок путем полива раствора на подложку, ротационное формование пластизолей (при изготовлении мягких игрушек), производство волокон
4. Формование изделий из полимеров, находящихся в твердом (кристаллическом или аморфном) состоянии. К этим методам принадлежат холодная штамповка, прокатка, протяжка и др., основанные на способности полимеров проявлять вынужденную эластичность.

В приведенной классификации  нет места реактопластам, которые  имеют физическое состояние низкоплавкого  твердого порошка или вязких жидкостей. Они представляют собой сравнительно низкомолекулярные, олигомерные вещества, которые превращаются в трехмерно  сшитые, твердые полимеры только в  процессе переработки, когда одновременно протекает и формование и отверждение за счет химического сшивания полимерных цепей.  

 

 

Основными  методами переработки реактопластов являются:

- мокрая и сухая намотка  и макание

- протяжка (или пултрузия)

- контактное формование

- пропитка и промазка

- формование с эластичным  мешком

- формование слоистых  пластиков из препрегов.

Приведенная классификация  является наиболее полной, поскольку  они включают и все методы переработки, и все виды полимерных веществ.

 

3.3 Теоретические основы проектируемого технологического процесса

 

Литьем под давлением  производят штучные изделия. Этот способ является наиболее распространенным в  переработке большинства промышленных термопластов. Его, но несравненно реже, используют также для изготовления деталей из некоторых разновидностей реактопластов. К основным достоинствам литья под давлением относятся: универсальность по видам перерабатываемых пластиков, высокая производительность в режиме автоматизированного процесса, высокая точность получаемых изделий, возможность изготовления деталей весьма сложной геометрической формы, недостижимой при использовании любых других технологий. Кроме того, литьем под давлением производят изделия армированные, гибридные, полые, многоцветные, из вспенивающихся пластиков и др. Метод позволяет формовать изделия массой от долей грамма до десятков килограммов. Известны примеры производства литьем под давлением деталей механизмов ручных часов (масса 0,006 г), оконных блоков и даже фрагментов ванных комнат с установленной арматурой (масса до 150 кг).

Органической особенностью метода является его цикличность, что, в общем, сдерживает производительность этого процесса, по сравнению с  непрерывными технологиями. Принципиально, суть технологии литья под давлением  состоит в следующем (рис. 1). Расплав  полимера подготовлен и накоплен (l = пот) в материальном цилиндре литьевой машины (в данном случае — червячного типа) к дальнейшей подаче в сомкнутую  форму (позиция а). Далее, материальный цилиндр смыкается с узлом  формы, а пластикатор (в данном случае — невращающийся червяк) осевым движением со скоростью Voc перемещает расплав в форму (позиция б). В результате осевого движения червяка форма заполняется расплавом полимерного материала, а пластикатор смещается в крайнее левое (на рисунке) положение (позиция в, l= 0). Далее расплав в форме застывает (или отверждается — в случае реактопластов) с образованием твердого изделия (позиция г). Материальный цилиндр продолжает оставаться в сомкнутом с системой формы положении. В этой ситуации червяк начинает вращаться с Vч = пот, подготавливает и транспортирует расплав в переднюю зону материального цилиндра и при этом отодвигается назад. После накопления требуемого объема расплава (расстояние l = пот) вращение червяка прекращается (Vч = 0). Он занимает исходное к дальнейшим действиям положение. После завершения процесса затвердевания (отверждения) пластмассы форма размыкается, и изделие удаляется из нее (позиция д). Для облегчения съема изделия материальный цилиндр может к этому моменту отодвинуться от узла формы. Далее цикл литья под давлением повторяется.

Из изложенного следует  ряд принципиальных положений, которые  определяют не только технологию процесса, но и устройство оборудования и оснастки.

К ним относятся следующие:

1. Конструкция литьевой  машины обязательно включает: блок  подготовки расплава и его  подачи в форму (инжекционный  узел); блок запирания (и размыкания) формы в виде прессового устройства  с ползуном (узел смыкания); блок  привода, обеспечивающего все  виды движения подвижных устройств  оборудования и оснастки; устройство  управления литьевой машиной,  реализующее требуемую последовательность  взаимодействия блоков, силовых  и кинематических узлов, а также температурные, скоростные, нагрузочные параметры, обеспечивающие оптимальный режим работы оборудования.

2. Литьевые машины являются  сложными и недешевыми устройствами, насыщенными современными техническими  решениями. 

3. Применение литьевых  машин для реализации технологии  литья под давлением требует  квалифицированного технико-экономического  обоснования, главные элементы  которого: крупнотиражность и геометрическая сложность изделия, доступность и достаточность по технологическим, физико-механическим и эксплуатационным свойствам полимерного материала, выбранного для производства.

 

Рисунок 1 Принципиальная схема процесса литья под давлением

 

Современные литьевые машины (ЛМ) представляют собой сложные  технические устройства, оснащенные разнообразными средствами автоматизированного управления параметрами технологического процесса. Нередко их называют термопластавтоматами (ТПА) или реактопластавтоматами (РПА) в зависимости от вида основного перерабатываемого материала.

Конструкции литьевых машин  весьма разнообразны. Основными классификационными признаками ЛМ являются усилие запирания формы, то есть смыкания формы, создаваемое прессовым блоком, и объем впрыска или мощность, выражаемая числом кубических сантиметров расплава, которые могут быть подготовлены машиной для однократной подачи в литьевую форму. Выпускаемые промышленностью серийные литьевые машины, как правило, объединены в типоразмерные ряды по двум, указанным выше параметрам.

Кроме того, ЛМ подразделяются по технологическим и основным конструктивным признакам:

• по способу пластикации – на одно-, двухчервячные, поршневые и червячно-поршневые;
• по особенностям пластикации – на ЛМ с совмещенной и раздельной пластикацией (предпластикацией);
• по количеству пластикаторов – с одним, двумя и более пластикационными узлами;
• по числу узлов запирания формы (узлов смыкания) – одно-, двух- и многопозиционные (ротационные, карусельные);
• по конструкции привода – электро- и гидромеханические, электрические;
• по расположению оси цилиндра узла пластикации и плоскости разъема литьевой формы - горизонтальные, вертикальные, угловые (рис. 2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а — горизонтальные;

б — угловые с вертикальной прессовой частью;

в — вертикальные;

г — угловые с горизонтальной прессовой частью

 

Рисунок 2. Типы литьевых машин

 

Угловые ЛМ используются для  литья крупных изделий с затрудненным извлечением из формы. Возможны два  типа таких машин:

— с горизонтальным пластикатором и вертикальным разъемом формы;

— с горизонтальным разъемом формы и вертикальным узлом инжекции. Вертикальные ЛМ наиболее удобны при  производстве некрупных, в том числе  армированных, деталей (обычно до 0,5 кг) в съемных формах.

Наибольшее распространение  получили горизонтальные одночервячные с совмещенной пластикацией ТПА. Они обеспечивают объемы впрыска от 4 см3 до 70 000 см3 при усилии запирания формы от 25 до 60 000 кН. Принципиальная схема такого ТПА представлена на рис. 3.

Все функциональные блоки  и устройства ТПА располагаются  на жесткой раме (рис. 3, поз. 22). Гранулированный  полимерный материал из бункера 1 поступает  в материальный цилиндр 2, захватывается  вращающимся шнеком 3 и транспортируется в направлении мундштука 8. При  этом гранулированный материал нагревается, уплотняется в пробку и под  действием тепла от трения о поверхность  винтового канала червяка и поверхность  цилиндра, а также за счет тепла  от наружных зонных электронагревателей 4 пластицируется, то есть расплавляется под давлением, и, пройдя через обратный клапан б, накапливается в зоне дозирования материального цилиндра. Под действием возникающего при этом давления червяк отодвигается вправо, смещая плунжер 25 и хвостовик с имеющимся на нем (условно) концевым выключателем 26. Установкой ответного выключателя на линейке 27 регулируют отход червяка и, следовательно, подготовленный к дальнейшим действиям объем расплава в зоне дозирования и мундштука 8. После срабатывания концевых выключателей 26 и 27 вращение червяка прекращается — требуемая доза расплава подготовлена. Далее, гидроприводом 5 пластикационный, называемый также и инжекционным, узел сдвигается влево до смыкания мундштука с литниковой втулкой, установленной в стойке 9- К этому моменту завершает смыкание частей прессформы 11 я 12 прессовый узел Л М. Он представляет собой, по сути, горизонтальный рычажно-гидравлический пресс, состоящий из задней 17 и передней 9 плит-стоек, соединенных, как правило, четырьмя колоннами 10 и 14, по которым смещается вправо (смыкание) и влево (размыкание) ползун 13. Ползун приводится в движение от рычажно-гидравлического механизма 15, 16.