Термопласты литьевые, пленочные и листовые

К ним относятся полиэтилен, поливинилхлорид, фто­ропласты, полистирол,полиметакрилаты и т.д. (табл.24).

Полиэтилен является полимером аморфнокристалли- ческого строения. Молекулярная масса полиэтилена ко­леблется в различных пределах в зависимости от техно­логии получения. Различают полиэтилен высокого давле­ния (ПВД) и низкого давления (ПНД).

ПНД отличается от ПВД несколько большей плотно­стью и прочностью. Полиэтилен химически стоек к щелочам, многим кислотам, маслам, бензину. Он имеет отличные диэлектрические свойства и широко применя­ется как высокочастотный диэлектрик. Из полиэтилена изготавливают катушки и другие электро- и радиотехни­ческие детали, изоляцию кабелей, химически стойкие емкости, трубы в химической промышленности, защитные от коррозии пленки и покрытия. Полиэтилен имеет невы­сокую прочность, его морозостойкость до —60° С.

Поливинилхлорид относится к группе аморфных по­лимеров. Пластифицированный поливинилхлорид назы­вают пластикатом, непластифицированный, твердый лис­товой материал — винипластом.

Поливинилхлорид является хорошим низкочастотным диэлектриком. Он стоек к щелочам, кислотам, смазкам и бензину. Диапазон рабочих температур составляет от —40 до +60° С.

Во все композиции на основе поливинилхлорида вво­дят стабилизирующие вещества для защиты от действия тепла и света в процессе переработки, а также при эксплуатации. Винипласт применяют для изготовления труб, деталей химического оборудования, фланцев, муфт, деталей насосов, вентиляторов, а также используют как электроизолирующий материал. Пластикаты применяют для изоляции и оболочек проводов и кабелей, для про­изводства медицинских изделий, в строительной промыш­ленности. Пасты из поливинилхлорида с пластификато­ром используют для защиты металлов от коррозии.

Фторопласты — это фторсодержащие полимеры ви- иильного типа. Наиболее распространенными материала­ми из этой группы являются фторопласт-3 и фторопласт-4. Фторопласты имеют высокую степень кристалличности (93—97%). Фторопласт-3 при нагреве выше 210° С пере-

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ И СВОЙСТВА ТЕРМОПЛАСТОВ     0В при растяже­нии, кгс/мм2 Относи­ Рабочая температура, СС Удельное электриче­ское сопротивление Диэлек­трическая проницае­мость при 10е, Гц Пробивное напряже­ние, кВ/мм Материал Плотность, г/см3 тельное удлинение при раз­рыве, % поверхно­стное, Ом объемное. Ом-см Полиэтилен ПНД , . . 0,9—0,95 2—4 200—900 —60Ч-+100 ыо1[71] 1-КЯ 2,3—2,4 45—60 Фторопласт-4 .... 2,15—2,35 2—3 250—300 —269-Г-+250 ыо». 1018 1,9—2,2 35—40 Полистирол эмульсион­ный ............................................. 1,05—1,1 2—5 —40-4-+60 — 1015—10" 2,3—2,7 18—20 Полиамиды (капрон, нейлон) ............................... 1,1—1,3 5—7 100—150 —45н-+150 — 1011—1012 3,8—4,2* 15—20 Поливинилхлорид (вини­пласт) ................................. 1,4 А_____ с 10—30 —40-:-+60   2-10" 3—4* 15___ 20         Полиметилметакрилат (органическое стекло) . 1,2 5—7 2—4 — 180-н+80 — ю13 3* 13—15

ходит в вязко-текучее состояние, а при 310—315° С раз­лагается. Фторопласт-4 при нагреве выше 327° С перехо­дит в аморфное состояние. При быстром охлаждении в этих материалах понижается степень кристалличности, т. е. происходит «закалка».

Фторопласт-4 имеет уникальное сочетание свойств. Он исключительно устойчив почти во всех агрессивных средах, является одним из наиболее качественных высо­кочастотных диэлектриков, может применяться в диапа­зоне температур от —269 до +250° С, имеет хорошие ан­тифрикционные свойства. Недостатки фторопласта-4: склонность к хладнотекучести (при напряжениях 0,3— 0,5 кгс/мм²), технологические затруднения при перера­ботке, высокая стоимость. Фторопласт-3 уступает по свойствам фторопласту-4, но более технологичен.

Изделия из фторопластов широко применяют в авиа­строении, электротехнической промышленности, в радио­технике, химической промышленности.

Полистирол и сополимеры стирола получили широкое распространение в промышленности благодаря высоким диэлектрическим свойствам, отсутствию хладотекучести, высокому коэффициенту лучепреломления, хорошим технологическим свойствам.

Полистирол водостоек и химически стоек в растворах многих щелочей и кислот, но набухает в смазках и топли­ве. Его можно применять при температурах от —40 до Н-60° С.

В зависимости от метода изготовления полистиролы подразделяют на блочный, эмульсионный и суспензион­ный. Сополимеры стирола менее склонны к растрескива­нию и более прочны. Полистирол используют для изго­товления деталей в электро- и радиотехнической про­мышленности, различных сосудов, аккумуляторных баков, щелевых фильтров в авто- и самолетостроении.

Полиамиды нейлон, капрон и др. являются продуктом поликонденсации аминокислот или диаминов с дикарбо- новыми кислотами, а также полимеризации лактамов. Практическое применение получили только полиамиды с молекулярной массой выше 20000.

Эти пластмассы имеют сравнительно высокую проч­ность, низкий коэффициент трения, хорошо сопротивля­ются абразивному износу. Их применяют для изготовле­ния подшипников, зубчатых колес, кулачков и т. п. Капрон и нейлон стойки в воде, смазках, топливе, щело­чах, разбавленных кислотах. Из этих пластмасс делают иегниющие сети, парашютную ткань, канаты и т. д.

Органическое стекло — термопласт на основе слож­ных эфиров акриловой и метакриловой кислот; наиболее широко применяют полиметилметакрилат. Органическое стекло оптически прозрачно, пропускает до 75% ультра­фиолетовых лучей¹, является атмосферостойким. Недо­статком его является невысокая твердость. При нагреве до 80° С органическое стекло начинает размягчаться, Его широко применяют для остекления самолетов, зда­ний, в светотехнических устройствах, предохранитель­ных щитках приборов и машин,

ГАЗОНАПОЛНЕННЫЕ ПЛАСТМАССЫ

Это — легкие материалы, имеющие пористую струк­туру, напоминающую застывшую пену. Различают пено- пласты с замкнутыми или изолированными ячейками (порами) и поропласты с открыто-пористой структурой, когда ячейки сообщаются между собой и с окружающей средой. Широкое применение получили пенопласты на основе полистирола, поливинилхлорида, полиуретана, фенольных смол.

Основные свойства пенопластов: очень небольшая плотность от 0,025 до 0,5 г/см³ (иногда до 0,6—0,7 г/см³); высокие звукопоглощающие и теплоизолирующие свойст­ва. Например, для пенополивинилхлорида с у=0,05-~ -т-0,1 г/см³ коэффициент теплопроводности А= =0,03 ккал/(м-ч-°С), т. е. примерно в три-пять раз меньше, чем у стеклотекстолитов, в 3000 раз меньше, чем у железа.

Некоторые пенопласты обладают высокими демпфи­рующими и амортизационными свойствами.

Пенопласты используют как тепло- и звукоизоляцион­ные материалы, для амортизационных прокладок, изго­товления плавучих и труднозатопляемых средств, пред­метов обихода. Заполнение пенопластами полых деталей и конструкций увеличивает их устойчивость и жесткость, повышает вибрационную и усталостную прочность.

Высокой удельной прочностью и жесткостью облада­ют армированные пенопласты — конструкционные мате-

.¹ Обычное оконное стекло около 3%.

риалы, состоящие из чередующихся слоев пенопласта и листовой металлической, стеклопластиковой или другой армировки.

Глава 2

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПЛАСТМАСС

Технология изготовления деталей из пластмасс имеет ряд специфических особенностей, связанных с природой материала. В ряде случаев в технологическом процессе получения изделий одновременно проходят процессы формообразования и процессы получения пластмассы как конструкционного материала.

В настоящее время в промышленности применяют большое количество методов изготовления деталей из пластмасс. Выбор метода переработки зависит от при­роды материала, ог желаемых показателей физико-меха­нических, диэлектрических, оптических и других свойств изделия. Пластмассы могут находиться в вязко-текучем, высокоэластичном и в твердом состояниях, поэтому целе­сообразно рассмотреть методы переработки пластмасс в изделия, классифицируя их по физическому состоянию материала на стадии формообразования изделия и физи­ческой характеристики процесса.

ПЕРЕРАБОТКА ПЛАСТМАСС В ВЯЗКО-ТЕКУЧЕМ СОСТОЯНИИ

Методы переработки пластмасс в вязко-текучем со­стоянии требуют, как правило, при формообразовании изделий одновременного действия тепла и давления. К этим методам относятся прессование, литье под дав­лением, экструзия, каландрирование и т. д.

Прямое (компрессионное) горячее прессование. Такое прессование заключается в непосредственном приложе­нии внешнего давления к прессматериалу, находящемуся в нагретой замкнутой прессформе (рис. 425). Прессмате- риал под влиянием температуры и давления переходит в вязко-текучее состояние и заполняет полость прессфор­мы. После отверждения и снятия давления готовое изде­лие извлекают из прессформы.

Для получения деталей из термореактивных пласт­масс необходимо определенное давление при одновре­
менном нагреве прессматериала до вязко-текучего состояния. Отверждение является результатом реакции полимеризации. Для изготовления деталей из термопла­стичных пластмасс требуются не только давление и пред­варительный нагрев, но и последующее охлаждение в прессформе до отверждения. Обычно прямое прессова­ние применяют для изготовления деталей простой кон­фигурации из термореак­тивных пластмасс.

Прессматериал приме­няют в виде порошка, гра­нул или таблеток. Дозиров­ку проводят по массе, объе­му или поштучно. При­менение предварительно отформованных холодным прессованием таблеток упрощает и ускоряет дози­ровку, позволяет проводить предварительный подогрев, ускоряет удаление летучих веществ. Предварительный подогрев осуществляют то­ками высокой частоты. При этом за счет уменьшения времени окончательного на­грева в прессформе съем деталей с каждого пресса уве­личивается на 20—90%.

Инструментом при компрессионном прессовании яв­ляется прессформа (см. рис. 425), состоящая из матри­цы 1, заключенной в обойму 6 пуансона 7, нагреватель­ного элемента 5 с изоляцией 4. Прессформы могут быть одногнездовыми (для изготовления одной детали) или многогнездовыми, если позволяют усилие пресса и раз­меры деталей.

Рис. 425. Прессформа для ком* ирессионного прессования

Перед загрузкой прессматериала прессформы тща­тельно очищают, смазывают и, если необходимо, устанав­ливают металлическую арматуру. Давление увеличивают постепенно, доводя до требуемой величины в зависимости от марки прессматериала. В процессе прессования необ­ходимо поддерживать максимальную равномерную темпе­ратуру. Это достигается автоматическими терморегуля­торами с точностью регулирования ±5° С, Прессматери-
ал из вязко-текучего состояния, удобного для прессова­ния, постепенно переходит в твердое.

При нагреве и сжатии из прессматериала выделяются летучие вещества и влага, которые могут образовывать в изделии вздутия, трещины и газовые пузыри. Поэтому сразу же после смыкания прессформы проводят подпрес- совку: поднимают пуансон на 2—4 с, давая выход лету­чим веществам и влаге. Эту операцию повторяют два-три раза.

Для прохождения полимеризации, предупреждения появления рыхлостей и придания необходимых физико- механических свойств прессматериал выдерживают опре­деленное время под давлением в прессформе. Выдержка является наиболее продолжительной операцией во всем технологическом цикле. Применение выносных пресс- форм с замком, разработанных под руководством проф. А. И. Зимина, в несколько раз увеличивает интенсивность работы прессов, сокращая простой машины во время выдержки, повышает производительность труда.

После выдержки давление снимают и готовую деталь S с помощью выталкивателя 2 извлекают из прессформы. При необходимости проводят отделочные операции: за­чистку, снятие местных заусенцев и т. д.

Прямое прессование используют и для некоторых видов термопластичных пластмасс.

Приведенная схема прессформы с электрическим по­догревом не может быть применена для изготовления деталей из термопластичных пластмасс, так как невоз­можно осуществить охлаждение необходимое для отвер­ждения. Поэтому в случае изготовления деталей из тер­мопластичных пластмасс в качестве теплоносителя при­меняют пар, а в момент охлаждения по трубам направляется вода.

Технологические параметры прессования (давление, температура нагрева материала, продолжительность вы­держки) зависят от марки перерабатываемого ма­териала.

Для прямого прессования применяют специализиро­ванные гидравлические прессы.

Литьевое прессование. При. литьевом прессовании перевод прессматериала в вязко-текучее состояние осу­ществляется в отдельной камере, вне формующей поло­сти матрицы (рис. 426). При этом пуансон 1 применяют не для формования детали, а для выдавливания пресс-
материала из загрузочной камеры 2 прессформы 3 в ра­бочую полость 5 через литник 4. При литьевом прессова­нии давление в рабочей полости значительно выше, чем при прямом, и составляет 1500—2000 кгс/см².

Литьевое прессование имеет ряд преимуществ перед прямым прессованием: не происходит смещения и дефор­мации металлической

арматуры; равномерно f^ , ^

прогретый прессматери- Г

ал, обладающий хорошей /

текучестью, позволяет по­лучать детали с глубоки­ми отверстиями и различ­ной толщиной стенок; уменьшаются напря­жения и деформации;

Рис. 426. Схема литьевого прес­сования

Рис. 427. Этажный пресс для пласт­масс:

1 — верхняя неподвижная плита; S— рабочие плиты; 3 — колонны; 4 — нижняя плита; 5 — подвижный стол; 6 — рабочий плунжер; 7 — вспомогательные плунжеры; 8 — ци­линдры вспомогательных плунже­ров; 9 — рабочий цилиндр

сокращается цикл изготовления деталей.

Но при литьевом прессовании увеличивается расход материала.

Литьевое прессование применяют для изготовления деталей сложной конфигурации с глубокими отверстиями и полостями из высокопластичных термореактивных пластмасс.

Для литьевого прессования применяют специальные гидравлические прессы с двумя рабочими плунжерами.

53—481

удаление детали осуществляется после разъема пресс- формы с помощью выталкивателя 6.

Прессование листов и плит из слоистых пластмасс. (гетинакса, текстолита, стекловолокнита и т. д.)

Листы бумаги или слои ткаии, пропитанные смолами и высушенные, укладывают на металлические пластины в виде пакета. Несколько пакетов, изолированных друг

от друга металлическими полированными листами со спе­циальной смазкой, устанавливают на плиты этажного пресса (рис. 427).

Для подогрева прессуемого материала пар подают в паровые рубашки рабочих плит пресса. После поджатия пакетов вспомогательными плунжерами пресса посте­пенно повышают давление до необходимой величины. Смола под действием температуры и давления плавит­ся и склеивает в сплошной лист или плиту отдельные слои ткани. Одновременно в результате химических ре­акций происходит отверждение смолы.

После выдержки под давлением пакеты охлаждаются водой до 30—40° С, поступающей по трубам к рабочим плитам пресса. Пресс разгружают, пакеты отделяют от прокладочных пластин. Обрезку кромок осуществляют на дисковых пилах или ножницах.

Технологический режим прессования (температура нагрева, давления, продолжительность выдержки и т. д.) зависит от применяемых связующих материалов и напол­нителей, от толщины прессуемых листов.

Литье под давлением. Применяют для получения из­делий из термопластичных пластмасс на специальных литьевых машинах — термопластоавтоматах.

На рис. 428 приведены принципиальные схемы литья под давлением. Гранулированное сырье из бункера 7 по­
дается плунжером 6 в цилиндр 5, где происходит пласти­фикация материала с помощью электронагревателя 4. Прессующий поршень 8 подает порцию сырья в зону на­грева и порцию пластифицированного материала через сопло 3 и литниковые каналы в рабочую полость пресс- формы 1 для формирования детали 2.

Предварительная пластификация материала в отдель­ном нагревательном цилиндре и его перемешивание с помощью шнека 9 повышают однородность материала, заливаемого в прессформу, и улучшают качество изделий.

Конечное давление на пластифицированную массу материала зависит от вязкости массы и составляет 500— 2500 кгс/см².

Методом литья под давлением можно получать изде­лия сложной формы, с разной толщиной стенок, с ребра­ми жесткости, с резьбами и т. д.

Литье под давлением является высокопроизводитель- • ным технологическим процессом, позволяющим при­менять комплексную механизацию и автоматиза­цию.

Литьевой способ (свободное литье). Это способ, при котором заполнение формы и отверждение происходят без давления, его можно применять для полимеров, обла­дающих высокой жидкотекучестью, например органичес­кого стекла и др.

Свободное литье термопластов похоже на обычное литье металлов. При этом способе из-за отсутствия дав­ления могут образовываться раковины, пустоты, пузыри.

Центробежное литье. Применяют для получения из термопластичных материалов крупногабаритных отли­вок, имеющих форму тел вращения (трубы, втулки, зуб­чатые колеса, шкивы и т. д.). В основном центробежным литьем перерабатывают полиамидные смолы.

Исходный материал плавят в плавителе — дозаторе, установленном на специальной машине для центробеж­ного литья. Расплавленную массу определенными пор­циями подают в металлическую форму, закрепленную в патроне или'на планшайбе машины. Форма получает ■вращение и расплавленная масса под действием центро­бежных сил прижимается к внутренней поверхности фор­мы и затвердевает. Центробежные силы не только фор­муют деталь, но и уплотняют ее, перемещают высокомо­лекулярные фракции полимера к внутренней поверхности, что приводит к улучшению механических свойств,

S3*

На физико-механические свойства полиамидов в расплавленном состоянии оказывает отрицательное влия­ние кислород воздуха. Для устранения этого применяют вакуумное центробежное литье.

Некоторые полимеры (на основе эпоксидных смол) при центробежном литье формуют на опорной жидкости. Во вращающуюся форму заливают опорную жидкость с высокой плотностью (растворы азотнокислого аммония или легкоплавкие металлические сплавы и ртуть). Полимерный материал, имеющий меньшую плотность, не может соприкасаться с внутренней поверхностью формы и «плавает» на поверхности опорной жидкости. Этим способом можно получать весьма тонкие оболочки.

Центробежное литье дает возможность получать изделия различных габаритов. Технологическая оснастка проста и имеет незначительные эксплуатационные рас­ходы.

Экструзию, или непрерывное выдавливание, применя­ют для получения труб, лент, различных профилей из термопластичных и термореактивных пластмасс, для нанесения защитных оболочек на провода и т. д.

Экструзионное формование проводят на специальных машинах — экструдерах (червячных прессах). Пресспо- рошок, поступающий из бункера в рабочий цилиндр, продвигается шнеком через несколько зон обогрева и его доводят до пластифицированного состояния, а затем выдавливают через отверстие в мундштуке и охлаждают в специальных устройствах.

Тонкие пленки из полиэтилена, полипропилена и дру­гих материалов изготавливают раздувом трубной заго­товки, полученной с экструдера со специальной экстру-' зионной головкой. Заготовку пленки диаметром 100—900 мм и толщиной 0,2—0,5 мм раздувают воздухом, пода­ваемым под давлением через экструзионную головку ди­аметром до 0,2—2 м. Затем после охлаждения разрезают и сматывают в рулон. Этим методом можно получать пленки с толщиной 40—200 мкм.

Пленки можно получать также методом каландрова- ния. Размягченный термопластичный материал пропу­скают между валками, в результате чего образуется бес­конечная лента. Для получения тонких пленок с точными размерами по толщине применяют многовалковые калан­дры. Каландрованием изготавливают пленки толщиной 0,05—1,0 мм со скоростью до 180 м/мин.

Целлулоидную кино- и фотопленку, целлофан, полиа­мидные пленки и др. изготавливают способом полива. На движущуюся ленту конвейера через щелевидную фильеру подают полимер, растворенный в органичес­ком растворителе. В специальной камере растворитель испаряется, а остающаяся полимерная пленка сматыва­ется в рулоны.