Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Производство пластиков. Часть 11

Некоторые системы предусматривают добавление PBA непосредственно в шнек и могут использовать отдельный механизм для впрыска. Литье пенопласта под давлением включает также литье структурной пены и микропористое литье. Наиболее важной общей чертой может быть то, что все эти процессы являются краткосрочными. При стандартном литье под давлением полость почти полностью заполняется движением винта с контролем скорости. В какой-то момент, незадолго до полного заполнения, управление перемещением шнека переключается на управление по давлению. Это происходит потому, что материал уже начал усадку, и его необходимо вдавить в полость, чтобы компенсировать эту усадку. Эта последняя часть заполнения требует довольно высокого давления, чтобы материал продолжал двигаться и «набивать» полость материалом. При формовании из пенопласта последний этап заполнения достигается за счет растущих ячеек, а не за счет прохождения большего количества пластика через затвор. Это основная причина того, что детали, изготовленные литьем под давлением из пенопласта, имеют гораздо меньшее напряжение при формовании и меньше проблем, связанных с напряжением, таких как коробление деталей. Другой общей чертой любого формования пенопласта является то, что добавление пенообразователя, например N2 или CO2, также снижает вязкость расплава полимера.

Степень этого эффекта зависит от конкретного полимера и пенообразователя, а также от количества агента. Например, CO2 может снизить вязкость расплава аморфного полимера, такого как поликарбонат, более чем на 25%. Снижение вязкости для полукристаллического полимера, такого как PA6, с четко определенной Tm (температурой плавления), как правило, будет меньше. И микропористая экструзия, и литье под давлением имеют общие параметры процесса, которые сильно отличаются от стандартных процессов. Этим переменным параметром процесса является процент SCF (сверхкритической жидкости), то есть количество физического вспенивающего агента (N2 или CO2) в растворе в расплаве, обычно измеряемое в процентах по массе. Типичные диапазоны для литья под давлением составляют от 0,75 до 2% для N2 и от 2 до 4% для CO2. Более высокие уровни SCF приводят к большему снижению вязкости расплава, а также к меньшим и более однородным размерам ячеек. Верно также и то, что если формованная деталь или пресс-форма не спроектированы должным образом, более высокие уровни SCF могут привести к проблемам обработки и потере механических свойств. Проблемными областями являются очень толстые участки детали и плохо охлаждаемые участки пресс-формы, которые могут привести к образованию очень больших ячеек, влияющих на свойства продукта. Хотя практически любой термопластический материал может быть вспенен, конкретные характеристики, которые могут быть достигнуты с помощью микропористой обработки (экструзия или литье под давлением), во многом зависят от типа материала, типа SCF и геометрических характеристик продукта.

Следовательно, если конкретный процесс может получить наибольшую выгоду от снижения вязкости, скажем, для очень тонкостенного продукта, в качестве SCF можно выбрать CO2. N2, который чаще всего используется с техническими полимерами, обычно указывается, если достижение максимального уровня пенообразования является наивысшим приоритетом. Прочность охлаждающего полимерного расплава является критическим фактором для обоих процессов. У ячеек очень короткое время для зарождения и роста, и полимер должен иметь достаточно низкую прочность расплава, чтобы позволить ячейке расти, и достаточно высокую, чтобы предотвратить разрушение стенок ячеек, что может привести к объединению многих ячеек в большие пустоты. В идеале прочность расплава должна быстро увеличиваться по мере охлаждения вспенивающегося полимера, чтобы ограничить размер ячеек меньшими размерами, связанными с минимальной потерей свойств. На основании вышеизложенного должно быть ясно, что технологическое охлаждение является критическим фактором как для экструзии, так и для формования. В любом процессе экструзии скорость охлаждения после штамповки является решающим фактором, определяющим производительность. При микроклеточной экструзии скорость охлаждения также сильно влияет на тип структуры ячеек и качество получаемого продукта.

При литье под давлением с микропористыми ячейками охлаждение оказывает такое же влияние на качество. Если деталь или форма не рассчитаны на хорошее охлаждение, это может существенно повлиять, по крайней мере, на время цикла. В худшем случае вообще невозможно эффективно отформовать деталь без поломки детали при выталкивании из формы. При микропористой экструзии управление перепадом давления является основным направлением разработки процесса и конструкции фильеры. Когда расплав выходит из экструзионной головки и испытывает атмосферное давление, наблюдается значительный перепад давления. В идеале зародышеобразование сначала происходит в этот момент, и ячейки растут в течение короткого периода времени, прежде чем расплав остынет достаточно, чтобы обеспечить достаточную прочность для предотвращения дальнейшего расширения клеток. Хотя стандартные параметры процесса, такие как температура расплава, производительность и скорость охлаждения, важны, конструкция фильеры играет важную роль в регулировании перепада давления, который испытывает расплавленный пластик, когда он проходит из цилиндра в фильеру и через нее. Этот перепад давления определяет, где происходит зарождение ячеек, что впоследствии контролирует количество ячеек и достигнутые размеры, которые в совокупности определяют свойства материала и степень снижения веса. Параметры, которые влияют на падение давления и, следовательно, на скорость зародышеобразования ячеек при литье под давлением, также сложны, но самые важные из них известны и доступны.