Литье под давлением. (Сущность, лит машины)
Литье под давлением. (Сущность, лит машины)
Литье под давлением - один из основных методов переработки полимеров, широко применяющийся при производстве самых различных изделий из термопластов и реактопластов. Этот метод позволяет изготавливать высококачественные изделия с высокой степенью точности при высокой производительности.
Этот способ позволяет получать изделия сравнительно сложной конфигурации по массе от десятых долей грамма до десятков килограмм с толщиной стенок от 1 до 20 мм (чаще 6-8 мм) при небольших затратах труда и электроэнергии.
При формовании методом литья под давлением материал вначале нагревается до вязкотекучего состояния и под действием давления впрыскивается в закрытую литьевую форму. Давление литья зависит от вязкости расплава материала, конструкции литьевой формы, размеров литниковой системы и формуемых изделий. В форме материал приобретает конфигурацию изделия в результате охлаждения до температуры стеклования или температуры кристаллизации для термопластов, а при переработке реактопластов в результате нагрева до температуры отверждения.
Метод литья под давлением обладает рядом преимуществ:
1. высокая производительность за счет нагрева термопласта вне литьевой формы, что позволяет впрыскивать расплав в непрерывно охлаждаемую форму;
2. высокая точность размеров;
3. минимальная дополнительная обработка изделий;
4. возможность изготовления изделий сложной конфигурации, тонкостенных, со слабой арматурой, с длинными оформляющими знаками.
5. Возможность окрашивания материала в массе.
В то же время литье под давлением имеет ряд недостатков:
· Высокая стоимость оборудования и литьевых форм.
· Сложность получения изделий с большой разнотолщинностью.
· Сложность получения крупногабаритных и длинномерных изделий.
Методы литья под давлением
Кроме классического метода литья под давлением, существует большое количество разновидностей литья, которые мы рассмотрим позже, а именно:
• Двухкомпонентное (сэндвич) литье.
• Литье с использованием легкоплавких (извлекаемых, растворимых) пуансонов.
• Литье с газом.
• Литье с декорированием и ламинированием в форме (литье на подложку).
• Литье с закладными элементами и на металлическое основание.
• Литьевое прессование (компрессионное формование).
• Микрослоистое литье под давлением.
• Литье под низким давлением.
• Микролитье.
• Многоцветное и многокомпонентное литье и т.д.
• Литье с циклическим нагревом
• Литье с 3d эффектом
• Литье длинномерных изделий
Литература*
1.Hyatt, I. S., Hyatt, J. W., Improvement in Processes and Apparatus for Manufacturing Py- roxyline,U.S. Patent No 133,229, (1872).
2.Jacobi, H. R., Kunststoffe (1965), 55,173.
3.Buchholz, H., Process of Making Molded Articles, U.S. Patent No 1,810,126 (1931).
4.Dubois, J. H., Plastics History U.S.A. Chaners Books (1972), Boston.
5.Beck, H., Kuststoffe (1961), 51,62.
6.Sonntag, R., Kunststoffe (1985), 75, 5.
7.Greener, J., Polym. Eng. Sci. (1986), 26,886.
8.Michaeh, W., Lauterbach, M., Kunststoffe (1989), 79, 852.1.4
9.Osswald, T. A., Menges, G., Materials Science of Polymers for Engineers, Hanser (1996), Munich.
Выбор термопластавтомата.
Прежде чем приступить к процессу выбора термопластавтомата, необходимо изучить изделия, которые предполагается производить на ТПА - материал изделия, его конструктивные нюансы (толщину стенок, наличие поднутрений, отверстий, резьбы и т.д.), предполагаемую производительность, требования к качеству.
Исходя из этого, выбирают конструкцию ТПА.
Конструкции литьевых машин весьма разнообразны.
Выпускаемые промышленностью серийные литьевые машины, как правило, объединены в типоразмерные ряды по усилию запирания формы (кН) и объему впрыска или мощности, выражаемой числом кубических сантиметров расплава, которые могут быть подготовлены машиной для однократной подачи в литьевую форму.
Кроме того, ТПА 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.
Угловые ТПА используются для литья крупных изделий с затрудненным извлечением из формы.
Вертикальные ТПА 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.
Главными регионами производства термопластавтоматов на сегодняшний день являются:
Юго-Восточная Азия (Китай, Тайвань, Гонконг, Южная Корея),
Западная Европа (Германия, Австрия и Италия),
Япония,
Северная Америка.
Наиболее известными марками на рынке ТПА России считаются: Хайтаин (Гонконг), LS (Южная Корея), Демаг, Арбург, Батенфильд, Краусс-Маффай (Германия), Бираги, БМБ (Италия), Хаски (Канада), Ферроматик (США).
На рынке также представлены производители ТПА стран СНГ, такие как Хмельницкий (Украина), Атлант (Белоруссия), Крассмаш (Россия).
| Красмашзавод (Красноярск) Выпускает гидроприводные термопластавтоматы с усилием замыкания от 160 до 400 тс, объемом впрыска от 300 до 1250 см3. |
| Савеловский машиностроительный завод (САВМА) (Кимры) Выпускает гидроприводные термопластавтоматы с объемом впрыска до 500 см3. |
| Demag Ergotech(г. Чистополь, Татарстан) Немецкая фирма. Входит в группу Mannesmann Plastics Machinery. С 2004 г. в ООО ПКФ Бетар выпускает гидроприводные термопластавтоматы Demag Bars с усилием замыкания 150 тс и весом впрыска 402 г. |
| Барановичский станкостроительный завод (Барановичи) Входит в ЗАО "Атлант". Выпускает гидроприводные термопластавтоматы с усилием замыкания от 125 до 450 тс, объемом впрыска от 254 до 1700 см3. |
| Термопластавтомат (Москва) Выпускает гидроприводные термопластавтоматы с усилием замыкания от 55 до 400 тс, объемом впрыска от 105 до 1250 см3. |
| Тираспольский завод литейных машин им. С.М. Кирова (Литмаш)(Тирасполь, Молдова) Выпускает гидроприводные термопластавтоматы с усилием замыкания от 55 до 1000 тс, объемом впрыска от 75 до 7100 см3. |
В настоящее время на мировом рынке ТПА прослеживаются следующие тенденции:
Гидромех-е, гидравлич-е
1. Мировыми лидерами в производстве ТПА сейчас широко внедряются электроприводы механизма запирания вместо гидравлических и механических. По сравнению с гидравлическим, ТПА, оснащенный электроприводом, имеет:
- более низкое энергопотребление (экономия до 60% электроэнергии по сравнению с гидравлическим ТПА);
- возможность использования электрических ТПА в стерильных помещениях – защита пресс-формы от масла (медицинская промышленность). На электрических ТПА используется электрическая система смазки.
- содержат меньше функциональных узлов – регулировка и управление проще;
- высокую скорость впрыска и как следствие – большую производительность
- низкий уровень шума;
- высокую точность в литье микродеталей.
2. Широкое распространение находит высокопрецизионное литье.
3. Все большее распространение получают машины для многокомпонентного литья, литья малораспространенных полимеров: термоэластопластов (автомобилестроение), реактопластов, силиконов, вспенивающихся материалов; установки для этикетирования и декорирования (нанесение тканевых покрытий) внутри пресс-формы, машины с использованием внутреннего давления газа или воды, позволяющие получать полые внутри изделия, снижая расход материала, вес деталей и время цикла.
4. Еще одно направление развития возможностей ТПА – уменьшение времени цикла за счет применения отдельных приводов для каждого важного узла машины, повышения результатов пластикации и впрыска, дополнительного оснащения ТПА аккумуляторами (такие ТПА называют высокоскоростными). Особенно важны такие усовершенствования для массового выпуска тонкостенных изделий и ПЭТ-преформ, где важную роль играет минимально короткий цикл.
Пресс-формы
Литьевые формы предназначены для непосредственного получения изделий из расплава, подготовленного в узле пластикации ТПА. Поэтому их функция состоит в приеме расплава, его распределении по формообразующим объектам, в формовании изделий и затем в их выталкивании.
Конструкции литьевых форм весьма разнообразны, что вызвано двумя главными причинами: широчайшим ассортиментом получаемых изделий и разнообразием перерабатываемых полимерных материалов. Кроме того, на конструкцию литьевых форм влияет вид материала (термо- или реактопласт), тип оборудования, характер производства, особые требования к изделиям и пр.
С точки зрения состояния полимерного материала в течение цикла производства изделия литьевые формы для термопластов подразделяются на холодно- и горячеканальные.
В холодноканальных формах во время цикла формования затвердевает весь объем поступившего в форму материала.
Этот тип форм наиболее распространен в литье под давлением. До 90 % изделий, получаемых на ТПА, приходится на холодноканальную технологию.
Достоинства подобных литьевых форм: сравнительно невысокая стоимость, простота изготовления и обслуживания, сравнительно невысокая стоимость ремонтно-восстановительных операций и универсальность по виду перерабатываемых полимеров.
Принципиальное устройство холодноканальной формы следующее.
Формообразующими деталями являются матрица, пуансон и литниковая втулка, выталкиватели. Все эти детали являются технологическими, то есть непосредственно участвующими в технологии процесса.
Конструктивные детали, то есть такие, которые обеспечивают взаимодействие элементов литьевой формы, ее прикрепление к ползуну и стойке узла смыкания, терморегулирование формы и др., — это центрующая шайба, плиты, пластина и направляющие колонки с втулками. В матрице и пуансоне выполнены цилиндрические каналы для охлаждающей жидкости.
Вентиляционные каналы соединяют оформляющую полость с атмосферой. Они служат для удаления воздуха и летучих веществ из объема, заполненного расплавом.
В горячеканальных формах — определенная зона формы, горячая, постоянно заполнена расплавом, часть которого периодически поступает в формующие полости, расположенные в охлаждаемой зоне.
В настоящее время в различных странах, в зависимости от уровня их технического развития, горячеканальными формами перерабатывают от 10 до 30 % термопластов. Горячеканальная технология считается перспективной и ее применение расширяется.
Форма состоит из двух частей: холодной матрицы, в которой происходит формообразование изделий, и значительно более сложной горячей части. Обогреваемые горячие каналы формы постоянно заполнены расплавленным полимерным материалом. Горячеканальная часть формы оснащена усовершенствованными предкамерными узлами впрыска с точечным впуском.
Усовершенствование состоит, в частности, в использовании автономно управляемых игольчатых клапанов с индивидуальным пневматическим или иным приводом. В заданный момент игольчатый клапан перекрывает впускное отверстие, что не только прекращает течение расплава, но и позволяет практически исключить образование на поверхности изделия неровностей от литников. При работе инжекционный узел ТПА постоянно сомкнут с формой, действие ее игольчатых клапанов согласовано с движением пластикатора.
Достоинства горячеканальной технологии:
1. Полное отсутствие литниковых отходов.
2. Исключена операция отрыва литника от изделия.
3. Расплав полимера предельно приближен к формообразующей камере, что способствует повышению качества изделий поскольку не возникает линий спая.
4. Это же обстоятельство позволяет получать крупные по размеру изделия (пластмассовая мебель) с минимальной толщиной стенки и, следовательно, более эффективно использовать дорогостоящий полимерный материал.
5. Уменьшается усадка изделия за счет уменьшения остаточных напряжений, поскольку используются более высокие температуры и более низкие давления.
Недостатки горячеканальной технологии:
1. Ассортимент перерабатываемых полимеров ограничен требованиями термостабильности и вязкости.
2. Расплав полимера должен быть маловязким (ПТР > 8 г/10).
3. Инжектирование расплава требует увеличения усилия впрыска в пластикаторе за счет продавливания материала через узкие точечные впуски.
4. Высокая стоимость оборудования.
Конструкция, устройство и обслуживание формы существенно сложнее по сравнению с холодноканальными. Все это является причинами высокой стоимости горячека.нальных форм, применение которых требует тщательного технико-экономического обоснования (тираж изделий, их рыночная стоимость, продолжительность спроса и др.).
Методы литья под давлением
На сегодняшний день существует большое разнообразие разновидностей метода литья под давлением – это и многоцветное и микрослоистое литье и литье вспененных материалов, микролитье, литье с газом.
Для осуществления литья под давлением применяют шнековые литьевые машины, на которых устанавливают литьевые формы различной конструкции. Литьевая форма состоит из двух основных частей (пуансон и матрица) и охлаждается, как правило, водой, протекающей по каналам, расположенным в обеих половинах формы.
В матрице имеется конусное отверстие предназначенное для заполнения через него материалом полости формы и называется центральным литниковым каналом. Во время процесса литья сопло инжекционного цилиндра литьевой машины плотно примыкает к лунке.
В форме обычно имеется один или несколько разводящих литниковых каналов в зависимости от количества изделий, отливамых одновременно.
В конце разводящего литникового канала находится впускной литник, который обычно имеет сечение значительно меньших размеров, что обеспечивает легкость отделения литниковой системы от изделия)
Основными режимами, используемыми при пластикации являются инжекционный и интрузионный.
При интрузионном режиме расплав постепенно подается в форму вращающимся шнеком до заполнения ее на 70—80 %, а затем оставшаяся часть дозы впрыскивается в форму за счет поступательного движения шнека.
При инжекционном режиме вращение шнека ведется только в период набора дозы материала и его пластикации в инжекционном цилиндре литьевой машины, а подача расплава в форму осуществляется только за счет поступательного движения шнека.
Режим интрузии используется при изготовлении крупногабаритных толстостенных изделий; инжекционный процесс получил более широкое распространение.
При интрузии заполнение формы происходит при невысоком давлении. После заполнения формы подают некоторое количество расплава для уплотнения и компенсации усадки термопласта.
Цикл интрузии начинается с закрытия литьевой формы. Червяк при этом находится в переднем положении под давлением гидроцилиндра и закрывает отверстие сопла.
Затем червяк начинает вращаться, давление в передней части повышается за счет накопления материала и червяк отодвигается назад, преодолевая давление со стороны гидроцилиндра.
Открывается отверстие сопла и материал непрерывно поступает в форму.
После заполнения формы, давление перед червяком становится большим, чем давление в гидроцилиндре.
При достижении определенного давления в гидроцилиндре, вращение червяка прекращается и он начинает работать как поршень, подавая некоторое количество расплава для компенсации усадки материла в форме.
Во время выдержки под давлением червяк приближается к соплу и запирает его
После охлаждения деталь удаляется из формы.
Цикл повторяется.
По сравнению с инжекционным механизмом, интрузия имеет ряд особенностей:
1. пластикация термопласта, заполнение формы и частичное охлаждение изделия происходят одновременно.
2. литьевая форма заполняется с меньшей скоростью, чем при обычном методе литья под давлением, следовательно ниже сдвиговые деформации и внутренние напряжения.(около 20—25 МПа)
3. литниковые каналы в форме должны иметь большую площадь поперечного сечения, чтобы расплав термопласта в канале не затвердевал до окончания процесса формования изделия, т.к. давление, создаваемое при вращении червяка, ниже, чем давление поршня при обычном методе литья.
4. В связи с тем, что материал испытывает меньшие сдвиговые деформации, изделие обладает более однородной структурой и меньшей анизотропией свойств.
5. Этим методом можно перерабатывать материалы с высокой вязкостью.
6. Изделия, изготавливаемые этим методом, должны быть симметричны и впрыск должен производится в центре отливки.
7. Интрузия может осуществляться только на машинах, специально предназначенных для этой цели – нет универсальности.
Для литья под давлением используются в основном гранулированные термопласты (реже — порошкообразные) с показателем текучести расплава от 2 до 30 г/10 мин.
При инжекционном литье вращение червяка ведется только в момент набора дозы материала и его пластикации. Подача расплава в форму осуществляется за счет поступательного движения шнека.
В процессе литья полимерный материал загружается в бункер, захватывается червяком и за счет разности коэффициентов трения между м-ц и м-ч, а так же за счет вращения шнека, транспортируется вперед.
Доза расплава накапливается в передней части материального цилиндра, перемещая шнек-поршень вправо. При наборе необходимой дозы, вращение червяка прекращается и происходит впрыск. При этом весь узел пластикации и впрыска подводится к литниковой втулке литьевой формы.
Конструкция литьевых машин определяет процессы пластикации и формования полимеров, возможность реализации различных технологических режимов изготовления изделий, их качество, а также их технико-экономические показатели. Конструкции литьевых машин весьма разнообразны, но каждая из них включает основные узлы:
- узел пластикации и впрыска, состоящий из устройства для дозирования материала, пластикации его в материальном цилиндре, а затем впрыска за счёт гидроцилиндра;
- узел запирания, включающий устройство для перемещения литьевой формы, удержания её в сомкнутом состоянии и выталкивания отливки из полости формы;
- аппаратуру для управления технологическими режимами;
- устройства, обеспечивающие безопасность работы (блокировки механические, электрические).
Назначение механизма пластикации и впрыска состоит в выполнении следующих технологических операций:
- набор и пластикация дозы перерабатываемого материала;
- впрыск расплава и выдержка его под давлением в форме до затвердевания материала в литнике.
Наиболее современной и рациональной является схема червячно-поршневой пластикации в одну линию, обеспечивающая высокую точность дозирования и высокую производительность, простоту конструкции и отсутствие мест застоя материала. Материал в червячных пластикаторах этой конструкции находится в непрерывном движении и поэтому непрерывно гомогенизируется. Прогрев материала осуществляется не только за счёт теплопередачи от нагретых стенок цилиндра, но и за счёт диссипативных тепловыделений при трении материала и его деформировании.
При расположении механизмов пластикации и впрыска в одну линию (рис. 51) червяк выполняет две функции: пластицирует и накапливает необходимую дозу расплава и впрыскивает расплав в форму.
Пластикационный цилиндр 1 укреплён на корпусе 9 механизма впрыска с помощью полуколец 6 и гайки 5. Вращение червяка 3 осуществляется от гидродвигателя 10 через червячную передачу 11, вал 8 и муфту 7. Осевые нагрузки при работе червяка воспринимаются упорным подшипником 14, установленном в поршне 15 гидроцилиндра 13. Расплав нагревается электронагревателями 4; температура расплава контролируется датчиками термопар 2 с терморегуляторами. Шпильки 12 крепят гидроцилиндр 13 к корпусу 9.
Гранулированный материал проходит через загрузочное отверстие А в зону загрузки червячного пластикатора и далее, продвигаясь по червяку при его вращении, превращается в расплав. Доза расплавленного материала скапливается в передней (сопловой) части пластикационного цилиндра 1, а червяк под давлением, возникающим в дозе материала, отходит вправо. При подаче жидкости из гидросистемы машины в поршневую полость гидроцилиндра 13 поршень 15 передвигается влево, сообщая осевое перемещение червяку 3, который впрыскивает дозу расплава в полость формы.
Рис. 51.
Подготовка материала
Хранение
Способ хранения сырья зависит от масштабов производства.
На небольших предприятиях и в цехах сырье хранят в полиэтиленовых или бумажных мешках или в биг-бэгах в сухом помещении без резких колебаний температуры (φ = 70%). При хранении должна быть точная раскладка сырья по партиям. К каждой партии должен быть обеспечен свободный доступ. В зимних условиях перед подачей к литьевым машинам сырье в мешках необходимо выдержать в отапливаемом помещении не менее 12 часов во избежание попадания влаги при загрузке материала в бункер машины. Влага конденсируется на поверхности термопласта в силу значительной разности температур на поверхности материала и окружающей среды.
При хранении полимерного сырья в мешках или биг-бэгах (гибких контейнерах) на территории цеха или на складе оно доставляется к рабочим местам посредством внутрипроизводственных перевозок. Зачастую такая транспортировка занимает значительное время, при этом неизбежны потери материала от рассыпания из поврежденной упаковки, возможно попадание в них влаги и посторонних предметов.
В связи с этим современные предприятия стараются оборудовать свои цеха по переработке пластмасс накопителями — башенными бункерами-силосами для хранения полимерных материалов, оснащенными системами загрузки, расходомерами, транспортировочной системой и системой распределения и подачи сырья на каждую единицу перерабатывающего оборудования.
Этими бункерами могут быть находящиеся как внутри, так и вне цеха башни наподобие силосных с внутренней поверхностью из алюминия и внешней из нержавеющей стали, вместимостью от 1,5 до 240 тонн полимерного сырья. В эти башни-силосы материал загружается прямо из контейнеров, вагонов, автомашин, полимеровозов и других транспортных средств доставки сырья от поставщиков.
Кроме металлических, существуют и так называемые гибкие силосы. Это емкости, изготовленные из специальной технической ткани, установленные на опорную раму, в стальной каркас или подвешенные на кронштейне. Такие силосы, в отличие от металлических, могут быть использованы только в закрытом помещении, зато они дешевле и легче. Мягкие силосы отличаются также простотой монтажа, не требуют бетонных фундаментов и могут устанавливаться в непосредственной близости от оборудования. Способы загрузки и выгрузки гибких силосов аналогичны металлическим.
Накопители исключают загрязнение материалов или случайное перемешивание между собой, позволяют эффективно хранить сырье и контролировать его запасы, оптимально использовать складские площади, сократить расходы на внутрипроизводственные перевозки и на проведение работ по техобслуживанию за счет использования надежных центральных вакуумных станций с фильтрами для пыли. Их использование также способствует улучшению условий работы персонала на предприятии, обеспечивая высокий уровень санитарных норм и безопасности производства.
Транспортировка
На малых предприятиях и в отдельных цехах подача сырья осуществляется с помощью электрокар, которые доставляют мешки с материалом по 25 кг непосредственно к литьевым машинам, у которых они растариваются в напольную емкость и подаются в машину пневматическим устройством Вентури.
В этих устройствах сжатый воздух направляется в трубопровод, создавая там отрицательный перепад давления, которым материал увлекается в трубу. Контроль процесса осуществляется с помощью датчика, расположенного в приемном бункере. Перемещаемый материал затем отделяется от воздуха в циклоне с фильтром. Преимуществами этого метода являются его простота, компактность исполнения и гибкость в использовании, что делает его идеальным для оборудования производительностью меньше 50 кг/ч. Для высокопроизводительного оборудования контроль содержания пыли становится более трудной задачей, и, кроме того, существенно возрастает энергопотребление.
Популярной схемой применения вакуумного загрузчика является использование переключающих клапанов для подбора нужного соотношения сырьевых материалов. Эти клапаны могут быть установлены на входе в бункер загрузчика, чтобы осуществить попеременную подачу сырья из двух источников для смешения их во время разгрузки. Наиболее часто используется система, при которой измельченное вторичное сырье (материал отходов литниковой системы) подается напрямую из гранулятора, являющегося частью замкнутого цикла переработки отходов. Однако из-за вариаций объема невозможно гарантировать точность при смешении двух материалов в широком диапазоне соотношений.
Попеременная загрузка материалов приводит к образованию слоев разнородных материалов в бункере литьевой машины. Один из вариантов решения этой проблемы, а также проблемы заедания клапана — его замена двумя связанными загрузчиками, каждый из которых имеет свой двигатель.
На литьевых машинах с небольшим объемом отливки загрузка сырья осуществляется вручную. Ручная загрузка требует наличия дополнительных платформ для доступа. Кроме того, возникает целый ряд проблем, связанных с техникой безопасности и охраной труда (например, ручная переноска 25-килограммовых мешков с полимером и их подъем выше уровня пояса). Кроме того, если не вести постоянного наблюдения за уровнем материала в бункере, то легко можно пропустить момент, когда его количество становится недостаточным.
В литьевых машинах с объемом отливки 500-1000 см³ и больше применяется механизированная загрузка. Механические средства наполнения бункеров включают в себя гибкие и жесткие шнековые конвейеры для прямой подачи сырья в бункер литьевой машины из емкостей, установленных на полу.
Рис. Бункеры для сырья устанавливаемые рядом с оборудованием серии CT-TR
Окрашивание
Простой способ окрашивания – опудривание. При этом в смеситель загружают определенное количество полимера, добавляют навеску красителя и проводят перемешивание в течение 1 часа. Затем смеситель разгружают, и окрашенное сырье направляют в работу. Этот способ довольно прост, но он не дает равномерного окрашивания полимерных материалов.
По другому методу окрашивание полимера идет непосредственно в литьевой машине. Для эффективного сцепления с поверхностью гранул рекомендуется дополнительно вводить смазывающие вещества. Используемые красители должны быть сухими, тонко измельченными.
Универсальным способом окрашивания является использование скперконцентратов красителей. Суперконцентраты представляют собой дисперсии пигментов в веществах, легко совмещающихся с окрашиваемым полимером. При переработке частицы красящего вещества будут легко и равномерно распределяться по всему объему будущего изделия, не слипаясь и не оседая в нижней части материального цилиндра.
В названии суперконцентратов приставка «супер» означает высокое содержание порошка красителя в красящей массе (до 90%). При этом наряду с суперконцентратами существуют просто концентраты красителей, которые содержат в своем составе до 20% пигмента. Производителям пластмассовых изделий более выгодно иметь дело с суперконцентратами, так как из-за высокого содержания пигмента их расход на производство значительно ниже.
В зависимости от способа получения конечный красящий продукт может быть в виде гранул, порошка, пасты или раствора.
В простейшем виде суперконцентрат красителя представляет собой систему из двух компонентов: пигмента и матрицы (связующего вещества). В качестве матрицы могут быть использованы практически все полиолефины, полиолефиновые воска, полистирол, твердые эпоксидные смолы и т.д. Выбор таких материалов определяет способ получения суперконцентрат – диспергирование в расплаве, для чего используют двухшнековые экструдеры.
Помимо перечисленных выше материалов, связывающим веществом могут быть пасты некоторых пластификаторов, стеорокс, а также латексы, в которые можно ввести пигмент путем перетира. Такой способ получения суперконцентратов аналогичен получению типографских офсетных красок на краскотерочных машинах.
При получении эмульсии пигмента в растворе полимера используют полистирол, полиуретан, поливинилацетат. В этом случае могут применяться лопастные смесители, миксеры и т.д.
Наиболее востребованы суперконцентраты, полученные методом диспергирования пигмента в расплаве полиолефинов, полиолефиновых восков и полистирола. Объясняется это прежде всего тем, что львиная доля перерабатываемых материалов – именно полиолефины.
Для окрашивания пластиков могут использоваться как неорганические, так и органические пигменты. Среди неорганических пигментов наиболее часто используют диоксид титана, карбонат кальция, сажу, кадмиевые, кобальтовые, желеоокисные, хромовые пигменты, ультрамарин, литопон и др.
Из органических пигментов наиболее важными являются пигменты, имеющие молекулярно-кристаллическую структуру и отличающиеся нерастворимостью в окрашиваемых средах. К таким относятся азопигменты, фталоциановые пигменты, трифенилметановые и полициклические. Обладая более широкой гаммой ярких оттенков и большей красящей способностью, органические пигменты уступают неорганическим по термо-, свето- и атмосферостойкости, а также миграционной стойкости.
Зачастую к окрашенным изделиям из полимерных материалов предъявляют специфические требования. Например, если полимерное изделие находится в непосредственном контакте с пищевыми продуктами, то используемые добавки к полимерным материалам и суперконцентраты должны иметь соответствующее разрешение.
На данный момент имеется множество суперконцентратов, которые позволяют окрасить полимер практически в любой цвет и оттенок в пределах известной цветовой гаммы. Кроме того, появились суперконцентраты, позволяющие получить при окрашивании различные спецэффекты, от которых внешний облик изделий из полимеров существенно меняется.
К спецэффектам относятся перламутровые, флуоресцентные, опалесцирующие, фосфоресцирующие и радужные окраски полимеров. Добавки с такими эффектами используются в дорожных знаках, рекламе, спецодежде, игрушках и многих других изделиях, где важен визуальный эффект.
В суперконцентратах могут использоваться также флеки и флиттеры, как вкрапления в основную массу полимера волокон, чешуек или точек. С их применением возможно получать окраску «под горные породы» – мрамор, гранит и другие. Такие эффекты достигаются за счет того, что данные вкрапления являются окрашенными частицами полимеров с более высокой температурой плавления, чем окрашиваемый материал.
Основные преимущества окрашивания в массе:
· сокращение технологических операций;
· качество окраски сохраняется весь период эксплуатации изделия;
· окрашенный слой не отслаивается из-за плохой адгезии или механических повреждений поверхности;
· окрашенный в массе материал не выгорает.
Преимущества использования суперконцентратов:
– возможность окрашивания полимера в любые цвета;
– высокое качество окраски;
– окрашивание может производиться на любом стандартном оборудовании без каких-либо дополнительных материальных и временных затрат;
– экологичность производства;
– простота введения необходимо количества суперконцентрата в расплав полимера;
– возможность быстрого перехода с одного цвета на другой.
Сушка
Влияние влажности на свойства и переработку. При высоких температурах влага проникает внутрь расплава путем диффузии, что приводит к уменьшению текучести расплава и его термопластичности. Вызывая гидролитическую деструкцию при температурах переработки, влажность влияет на стабильность свойств готовых изделий. Избыток влаги ослабляет межмолекулярное взаимодействие, что приводит к снижению механических показателей, диэлектрической прочности. Кроме всего прочего, уменьшается прозрачность материала, появляются такие дефекты, как волнистость (акулья кожа), вздутие, пористость, пузыри, каверны, отслоение поверхности, коробление, серебристые полосы. Повышение влажности ухудшает сыпучесть материалов.
Для просушивания полимеров есть несколько методов – вакуумная сушка, конвективная, сушка осмосом (термоциклическая), сушка в «кипящем слое». Но можно использовать такие добавки, как «осушители». Эти добавки представляют собой концентраты, которые вводятся вместе с полимером и удаляют влагу прямо в процессе переработки.
Большинство полимеров способно абсорбировать влагу, а это уменьшает их прозрачность и увеличивает пористость поверхности отливки, что, в свою очередь, может негативно повлиять на их физические свойства, например, на ударную прочность. Влага, содержащаяся в гранулах и образующаяся на их поверхности, испаряется при температурах, преобладающих при переработке, в результате чего образуются затеки поверхности, а в некоторых случаях, пузырьки в деталях. В случае с пластмассами, которые особо чувствительны к гидролизу, распад молекулярных цепочек также произойдет, что вызовет ухудшение механических свойств.
Влага может аккумулироваться на поверхности гранул в процессе конденсации воды, которая попала в мешки при запаивании, из-за неравномерного охлаждения после смешения или из-за хранения вне помещения или в условиях повышенной влажности.
С целью уменьшения влажности пластмасс перед переработкой проводят предварительную сушку при невысоких температурах - ниже температуры размягчения полимера - в течение нескольких часов. Как правило, для сушки используется воздух, нагретый и осушенный различными методами.
Обязательной предварительной сушки сухим воздухом требуют: АБС, САН, ПА, ПК, ПЭК, ПММА, ПУР; желательна предварительная подсушка: ПП, ПЭ, ПС.
Последние разработки в технологии обезвоживания гранулята предполагают применение бункеров с ра