Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Производство пластиков. Часть 13

При твердотельном формовании существует некоторое обратное давление, которое, как правило, применяется к винту во время вращения шнека, с типичными уровнями давления 10-15 бар. Так как расплав проходит через переднее стопорное кольцо, винт будет отклоняться назад из-за давления, оказываемого на кончик однофазным раствором, если не будут приняты дополнительные меры. Положение шнека должно сохраняться и при остановке вращения шнека в ожидании следующего цикла впрыска. Положение шнека может поддерживаться путем приложения постоянного гидравлического противодавления, обычно в диапазоне 70-200 бар, или с помощью электрических машин, используя функции управления положением шнека. В процессе литья под давлением MuCell (об этом процессе мы рассказывали несколькими главами ранее) SCF дозируется во время извлечения шнека (вращение при подготовке следующего цикла). Оригинальная и наиболее часто используемая система доводит давление газа до уровня SCF за счет использования двух насосов. Затем SCF подается в цилиндр через инжектор через систему коллектора, которая контролирует давление в цилиндре и давление SCF. Чтобы поддерживать точное количество SCF для каждого впрыска, контролируются массовый расход, время дозирования и падение давления. SCF дозируется в определенную область, где шнек специально разработан для введения и смешивания SCF с расплавленным полимером при вращении шнека.

В период между фазой восстановления и началом нагнетания на шнеке поддерживается постоянное противодавление для поддержания однофазного раствора. Это достигается путем добавления постоянного гидравлического давления во время простоя шнека или использования функции управления положением с электрическими машинами для противодействия давлению, приложенному к концу шнека содержащим газ полимером. Запорная форсунка используется для предотвращения стекания материала под давлением. Из других методов физического вспенивания можно отметить процесс Optifoam, который был разработан институтом обработки пластмасс (IKV) в Аахене, Германия. Технология, доступная для литья под давлением и экструзии, вводит SCF в полимер. При экструзии это происходит постоянно, а при литье под давлением SCF подается во время отдельных впрысков. SCF подается к проходящему полимеру через коаксиальное устройство из металла. Затем смесь полимер / SCF смешивается на выходе в статическом смесителе на пути к фильере или форме. В 2001 году компания Demag представила микросотовую технологию, которая также основывалась на добавлении SCF в расплав после шнека. К передней части шнека прикреплен модуль, который дозирует и перемешивает SCF и полимер между цилиндром и соплом. Смеситель приводится в действие вращением шнека на стадии пластификации, при этом SCF дозируется и смешивается в модуле в это время.

Обычно снижение веса составляет 3-15%, причем точная величина достигается в зависимости от материалов, характеристик продукта и конструкции пресс-формы. Основными регулирующими параметрами материала являются тип (аморфный или полукристаллический, наполнитель или добавки) и процент SCF. Наиболее важными факторами конструкции изделия являются толщина и факторы, влияющие на длину потока. Чем дольше поток, тем меньше возможно снижение веса. Наиболее важными факторами конструкции пресс-формы являются вентиляция и расположение ворот. Неадекватная вентиляция не только улавливает обычные летучие вещества и избыточный газ в расплаве, но также может привести к необходимости более высокого давления для преодоления сопротивления заполнению. Это повлияет на рост клеток и снижение веса, которого можно достичь. Размер затвора будет влиять на давление, сдвиг и скорость потока, которые могут повлиять на структуру ячеек. Расположение ворот важно по нескольким ключевым причинам. Во-первых, оно определит длину потока, необходимую для заполнения детали, и это имеет большое влияние на то, насколько можно уменьшить вес. Во-вторых, лучше избегать перетекания из толстого участка в тонкий, так как окончательное заполнение происходит по мере роста клеток, и это легче контролировать при переходе от тонкого участка к толстому.

Обычно время цикла сокращается на 5-30%, причем основными факторами являются уменьшенный вес и минимальное время выдержки (обычно 0,5-1,0 секунды). Основными регулирующими переменными являются конструкция детали и охлаждение пресс-формы. Правила проектирования для оптимизации времени цикла соответствуют рекомендациям для стандартного литья под давлением. Наиболее частыми проблемами, ограничивающими сокращение времени цикла, являются чрезмерно толстые участки детали и плохое охлаждение пресс-формы в этих областях. Пониженная вязкость, более низкое давление впрыска и минимальное время выдержки – всё это способствует гораздо меньшему количеству напряжений. Обычно это приводит к уменьшению деформации и повышению стабильности размеров. Однако следует отметить, что, если основной причиной деформации является ориентация волокна, уменьшенное напряжение не улучшит это изделие. Также важна и усадка. И, хотя тщательный анализ выходит за рамки данной главы, было продемонстрировано, что усадка микропористой детали, полученной литьем под давлением, будет несколько иной. На изменение влияет несколько факторов, но о них мы поговорим уже в следующий раз.