Методы получения изделий из полимеров и пластмасс:
• прессование (прямое компрессионное);
• прессование (горячее литьевое);
• литье под давлением;
• центробежное литье;
• экструзия (выдавливание);
• штамповка, пневматическая и вакуумная формовка;
• сварка;
• резание.
Большинство пластмасс перерабатывают в детали в вязкотекучем состоянии способами прессования, литья, выдавливания.
Прямое (компрессионное) прессование - один из основных способов переработки реактопластов в детали.
В полость матрицы пресс-формы 3 (рис. а) загружают предварительно таблетизированный или порошкообразный материал 2. При замыкании пресс-формы под действием силы пресса, пуансон 1 создает давление на прессуемый материал. Под действием этого давления и теплоты от нагретой пресс-формы материал размягчается и заполняет формообразующую полость пресс-формы (рис. б). После определенной выдержки, необходимой для отвердения материала, пресс-форма раскрывается и с помощью выталкивателя 5 из нее извлекается готовая деталь 4 (рис. в). Процесс отвердения сопровождается выделением летучих составляющих композиционного материала и паров влаги. Для удаления газов в процессе прессования выполняют так называемую подпрессовку, заключающуюся в переключении гидропресса после определенной выдержки на обратный ход, в подъеме пуансона на 5…10мм и выдержке его в таком положении в течение 2…3 с. После этого пресс-форма снова смыкается. При прессовании крупных толстостенных деталей из материалов с повышенной влажностью подпрессовку проводят дважды. Температура и давление прессования зависят от вида перерабатываемого материала, формы и размеров изготовляемой детали. Время выдержки под прессом зависит от скорости отвердения и толщины прессуемой детали. Для большинства реактопластов время выдержки выбирают из расчета 0,5…2 мин на 1 мм толщины стенки. Технологическое время может быть сокращено вследствие предварительного подогрева материала в специальных шкафах. Давление зависит от текучести пресс - материала, скорости отвердения, толщины прессуемых деталей и других факторов. Нагрев пресс-формы осуществляют обычно электронагревателем. Рабочую температуру в процессе прессования поддерживают постоянной с помощью автоматически действующих приборов. Для загрузки в полость пресс-формы определенного количества пресс - материала используют объемную дозировку или дозировку по массе. Применяют также поштучную дозировку (загружают определенное число таблеток). Прессуют на гидравлических прессах. Прямым прессованием получают детали средней сложности и небольших размеров из термореактивных композиционных материалов с порошкообразным и волокнистым наполнителями.
Достоинства способа: полное использование материала; простота способа; сравнительно низкая стоимость пресс-форм.
Недостатки: ограничения по сложности габаритов и формы изделий;
невозможность получения армированных изделий;
сравнительно низкая производительность.
Горячее (литьевое) прессование отличается от прямого тем, что прессуемый материал загружают не в полость формы, а в специальную загрузочную камеру 2 (рис.). Под действием теплоты от пресс-формы прессуемый материал переходит в вязкотекучее состояние и под давлением со стороны пуансона 1 выжимается из загрузочной камеры 2 в полости матрицы пресс-формы через специальное отверстие в литниковой плите 3. После отвердения материала пресс-форму разъединяют и готовые детали 4 извлекают из матрицы 5. Литьевое прессование позволяет получать детали сложной формы, с глубокими отверстиями, в том числе резьбовыми. Возможна установка сложной и тонкой арматуры. В процессе протекания через летниковое отверстие пресс - материал прогревается одинаково, что обеспечивает более равномерную структуру прессуемой детали. При литьевом прессовании отпадает необходимость в подпрессовках, так как образующиеся газы могут выходить в зазор между литниковой плитой и матрицей. Недостатком литьевого прессования является повышенный расход пресс – материала (загрузка, как правило, осуществляется с избытком), так как в загрузочной камере и в литниковых каналах остается часть отвержденного и неиспользуемого в дальнейшем пресс – материала. Кроме того, пресс-формы для литьевого прессования сложнее по конструкции и дороже пресс-форм для прямого прессования. Для прессования деталей применяют одно- и многогнездные пресс-формы. Многогнездные пресс-формы используют для получения деталей простой формы и небольших размеров. Форма и размеры прессуемых деталей зависят от формообразующих элементов пресс-формы, к которым предъявляют высокие требования по точности и качеству поверхности. Формообразующие детали пресс-форм изготовляют из высоколегированных или инструментальных сталей с последующей закалкой до высокой твердости. Для повышения износостойкости и улучшения внешнего вида прессуемых деталей формообразующие элементы пресс-форм полируют и хромируют.
Достоинства способа: возможность получения сложных армированных изделий (с резьбой, с глубокими отверстиями); сравнительно высокая производительность (одновременно несколько пресс-форм).
Недостатки: сравнительно высокая сложность и стоимость пресс-форм; наличие пресс - остатка (отход материала). Листы и плиты из термореактивных композиционных материалов прессуют пакетами на прессах. Заготовки материала (из хлопчатобумажной ткани, стеклоткани и т. д.) пропитывают смолой и укладывают между горячими плитами пресса. Число уложенных слоев ткани определяет толщину листов и плит. Размеры прессуемых деталей ограничиваются мощностью гидравлического пресса. Трубы, прутки круглого и фасонного сечения получают прессованием реактопластов через калиброванное отверстие пресс-формы. Процесс прессования характеризуется низкой производительностью и сложностями технологического характера.
Литье под давлением - высокопроизводительный и эффективный способ массового производства деталей из термопластов. Перерабатываемый материал из загрузочного бункера 8 (рис.) подается дозатором 9 в рабочий цилиндр 6 с электронагревателем 4. При движении поршня 7 определенная доза материала поступает в зону обогрева, а уже расплавленный материал через сопло 3 и литниковый канал - в полость пресс-формы 1, в которой формируется изготовляемая деталь 2. В рабочем (нагревательном) цилиндре на пути потока расплава установлен рассекатель (уплотнитель) 5, который заставляет расплав протекать тонким слоем у стенок цилиндра. Это ускоряет прогрев и обеспечивает более равномерную температуру расплава. При движении поршня в исходное положение с помощью дозатора 9 очередная порция материала подается в рабочий цилиндр. Для предотвращения перегрева выше 50..70° С в процессе литья пресс-форма охлаждается проточной водой. После охлаждения материала пресс-форма размыкается, и готовая деталь с помощью выталкивателей извлекается из нее. Широко применяют также литьевые машины с червячной пластикацией материала, в которых вместо поршня используют вращающиеся червяки. Литьем под давлением получают детали сложной конфигурации с различными толщинами стенок, ребрами жесткости, с резьбами и т. д. Применяют литейные машины, позволяющие механизировать и автоматизировать процесс получения деталей. Производительность процесса литья в 20…40 раз выше производительности прессования, поэтому литье под давлением является одним из основных способов переработки пластических масс в детали. Качество отливаемых деталей зависит от температур пресс-формы и расплава, давления прессования, продолжительности выдержки под давлением и т. д.
Центробежное литье - применяют для получения крупногабаритных и толстостенных деталей из термопластов. Центробежные силы плотно прижимают залитый материал к внутренней поверхности формы. После охлаждения готовую деталь извлекают из формы и заливают новую порцию расплавленного материала.
Выдавливание (или экструзия) - отличается от других способов переработки и реактопластов и термопластов непрерывностью, высокой производительностью процесса и возможностью получения на одном и том же оборудовании большого многообразия деталей. Выдавливание осуществляют на специальных червячных машинах – автоматах (аналогичных машинам литья под давлением, с той разницей, что поршень преобразуется в шнек червячного типа). Перерабатываемый материал в виде порошка или гранул из бункера попадает в рабочий цилиндр, где захватывается вращающимся червяком. Червяк продвигает материал, перемешивает и уплотняет его. В результате передачи теплоты от нагревательного элемента и выделения теплоты при трении частиц материала друг о друга и стенки цилиндра перерабатываемый материал переходит в вязкотекучее состояние и непрерывно выдавливается через калиброванное (профилированное) отверстие головки. Расплавленный материал проходит через радиальные канавки оправки. Оправку применяют для получения отверстия при выдавливании труб. Можно получать пленки (термопласты). Для реактопластов: поршень обычно совершает 6…7 дв.х./мин. За один дв.х. выдавливается 10…20 мм материала, развиваемое при этом давление – 100…200 МПа. Температура корпуса обычно около 150…170°С.
Для термопластов: диаметр червячного шнека около 10…400 мм, частота вращения – 20…100 об/мин. Непрерывным выдавливанием можно изготовлять детали различного профиля. При получении пленок формы, удаление пузырьков воздуха я равномерное пропитывание ткани связующим. Затем снова наносят связующее, ткань и т.д. - до получения заданной толщины. Отвердение происходит при нормальной температуре в течение 5…50 ч в зависимости от вида связующего. Время отвердения сокращают увеличением температуры до 60…120° С. После отвердения готовую деталь извлекают из формы и в случае необходимости подвергают дальнейшей обработке (обрезке кромок, окраске и т. д.). Приведенные способы формовки используют в основном для изготовления деталей из пластиков с длинноволокнистыми наполнителями. При применении измельченных наполнителей процесс изготовления деталей удается механизировать. Наполнитель и связующее подают под давлением сжатого воздуха.
Центробежной формовкой получают детали больших габаритных размеров, имеющие форму тел вращения, толщиной 2…15 мм, диаметром до 1 м и высотой до 3 м. Стекловолокно и связующее равномерно подают во вращающуюся форму. После формовки в форму помещают резиновый мешок, с помощью которого создается давление на заготовку. В таком состояния происходит отверждение композиции при определенной температуре.