Особенности прессования полимеров

Довольно простая по описанию технология прессования на самом деле представляет собой достаточно сложный процесс, требующий определенного опыта. В предыдущих разделах уже упоминалось о воздействии, которое на прессование оказывает подготовка пресс-материала. Предварительный нагрев массы в значительной степени влияет на время выдержки, изнашивание пресс-формы, а также на качество поверхности готовых изделий. Оптимальный предварительны й нагрев пресс-материала способен сократить время цикла и обеспечить изготовление материала изделий со значительной разницей толщины стенок. Кроме того, в том случае, как правило, практически исключается влияние низкой теплопроводности материала. Выдержка под давлением имеет решающее значение для качества готовых изделий. Недостаточная выдержка становится с этим низкими электрическими свойствами. Чрезмерное отверждение ведет к появлению на поверхности мелких волосяных трещин, что в свою очередь также вызывает повышенное водопоглощение.

Именно поэтому качество изделий, полученных прессованием, должна подвергаться постоянному контролю.

 

5 Конструкции прессов

 

Прессование представляет собой довольно старый метод формования в полимерной промышленности, поэтому и сегодня по-прежнему эксплуатируется достаточно большое количество прессов устаревшей конструкции. Различают два конструктивных исполнения прессов:

• Коленчато-рычажный пресс;
• Гидравлический пресс.

Ранее преобладали прессы первого типа, сегодня же на рынке предлагается исключительно гидравлическое оборудование.

Гидравлические прессы оборудованы четырьмя направляющими колонами (рис. 6) обеспечивающими возможность прессования с образованием равномерным распределением усилия прессования по всей поверхности прессования. Большое значение имеют устройства управления и регулировки. Современные гидравлические прессы оборудованы устройством управления, которое позволяет воспроизводить все выполняемые операции. Помимо этого они снабжены устройством регулированиям обеспечивающим плоскопараллельные смыкания пресс-формы.

Прессы, особенно крепежные плиты, должны быть крутильно-жесткими.

Управление прессом осуществляется с помощью компьютера, который регистрирует все необходимые данные и выводит их на дисплей.

Производители гидравлических прессов предлагают две системы: в первой – нижний плунжир перемещает нижнюю инструментальную плиту навстречу верхней плите во второй – верхний плунжир смещает верхнюю плиту вниз. Важен тот факт, что обе системы могут быть совмещены с устройствами предпластикации или даже с литьевыми агрегатами. Для того чтобы дать возможность позиционированной закладки, в том числе и вставных изделий, существуют процессы, оборудованные раздвижными или поворотными столами.

 

 

Рис. 6 Автоматический пресс с объемным дозированием:

1 – нижняя плита; 2 –  верхняя плита;

3 – кожух концевого  выключателя; 4 – устройство управления;

5 – привод; 6 – гидравлический  плунжер

 

Преимущество подобной конструкции состоит в том, что пока в одной из нижних частей пресс-формы опрессовываются вставные изделия, из других частей извлекаются готовые изделия и вкладываются новые.

Эта операция уже частично выполняется автоматически, чему способствует вертикальный принцип работы прессов.

К пресс автоматам предъявляются следующие требования:

• Точная четырехколонная направляющая;
• Легкодоступные и крутильно-жесткие крепежные поверхности;
• Синхронно-следящее регулирование;
• Управление, регистрирующее путь и давление, передача всех данных на дисплей, документирование данных;
• Возможность согласования с устройствами предпластикации, и перемещение изделий на установки для снятия облоя.

 

На сегодняшний денно пресс-автоматы настолько хорошо оборудованы, что их можно сравнить с современными литьевыми машинами. Они снабжены компьютерным управлением, пропорциональной гидравликой с самоусилением, а также скоростным гидроцилиндром для осуществления смыкания. Все это обеспечивает воспроизводиельность заданных параметров процесса в каждом новом цикле. Пожелания предприятий-потребителей, требовавших гибкости производства, в особенности в последующей сборке отдельных деталей, привели к созданию многопозиционного пресс-автомата.

В этом случае речь идет об автономном производственном участке, на котором несколько работающих независимо друг от друга пресс-автоматов связаны в один технологический цикл. Наряду с индивидуальной настройкой параметров возможна одновременная переработка различного термореактивного полимерного сырья.

 

6 Пресс-формы

 

Формовочные массы из-за высокого процента содержания наполнителей вызывают их износ. За счет соответствующей рецептуры пресс-материала и предварительного нагрева такой износ может быть сведен к минимуму. Для производителей полимерного сырья незначительность износа – один из аргументов, способствующий и продажам.

На рис. 5 представлена конструкция пресс-формы. В зависимости от смыкания оформляющей полости различают два основных конструтивных исполнения: закрытая (поршневая) пресс форма (рис. 7) и пресс форма с перетеканием (рис. 7). Чаще используется закрытая пресс-форма. В этом случае пресс-материал должен быть точно дозирован и в зависимости от вида материала введен в виде сыпучей массы, в таблетированном или пластицированном виде в оформляющую полость матрицы через шаблоны загрузочной камеры. Погружаемый в загрузочную камеру пуансон оказывает полное и равномерное давление на формовочную массу.

При использовании пресс-формы с перетеканием в момент сближения обеих ее частей избыточный материал выдавливается из формующей полости верхним пуансоном.

Работа с избытком формовочной массы позволяет исключить появление изделий с разной плотностью.

 

Рис. 7 Конструкция пресс-формы:

1 – крепежная плита; 2 – направляющая колонна; 3 – пуансон;

4 –замыкающие планки; 5 –  формованное изделие; 6 – матрица;

7 – выталкиватель; 8 –  плита выталкивателей;

9 – крепежная плита

 

Рис. 8 Пресс-форма с перетеканием

 

 

На сегодняшний день для изготовления пресс-форм в основном используется высококачественная сталь, которая обладает достаточной поверхностей твердостью, легко полируется и имеет мягкую, но выносливую сердцевину. Часто поверхности пресс-формы подвергаются хромированию. Легированная сталь используется в тех случаях, когда возникает необходимость изготовления изделий не допускающих коробления.

 

7 Прессование реактопластов, армированных волокнистым наполнителем

 

За последние годы были отмечены значительные темпы прироста в переработке препрегов, которые представляют собой полуфабрикаты из реакционноспособных полимеров (например, эпоксидных смол), армированных волокон или тканью (например, стекловолокном).

Предпосылками для изготовления высококачесвенных изделий из предпрегов являются однородность полуфабрикатов в том, что касается веса единицы объема, равномерности распределения волокна и смолы, равномерности раскроя, а также наличие точных и программируемых прессов. Для внедрения данного метода сегодня предлагаются гидравлические прессы с коротким ходом плунжера у которых все перемещения могут быть согласованы со свойствами материала. Это означает, что соотношении скорости и  времени, а также давления и времени поддаются четкому управлению и частично могут быть запрограммированы. Особенно важны деформационная жесткость пресса и точная параллельность плоскостей прессования.

 

8 Литьевое прессование

 

В процессе литьевого (трансферного) прессования формовочная масса по относительно узким распределительным каналам заполняет гнезда пресс-формы. За счет сдвиговых напряжений происходит разогрев материала, что сравнимо с предварительным нагревом в ходе прямого прессования.

Ненужная формовочная масса в виде коржа остается в загрузочной камере, что позволяет избежать чрезмерного впрыска, а значит и образования слишком большого количества облоя. При литьевом прессовании рекомендуется перерабатывать предварительно нагретый или пластицированный полимерный материал, что позволяет добиться дополнительного эффекта пластикации. Недостаток данного метода – ориентация волокнистого наполнителя в направлении движения расплава. На рис. 9 схематически представлена технология летьевого прессования на прессе с нижним давлением.

 

Рис. 9 Литьевое прессование с использованием нижнего рабочего плунжера:

а – заполнение загрузочной камеры полимерной массой;

b – впрыск полимерного сырья при помощи нежного плунжера;

с – съем готового формовочного изделия

 

8.1 Конструкции прессов для литьевого прессования

 

Обязательным условием литьевого прессования является использование гидравлических прессов, поскольку впрыск полимерного сырья в замкнутую пресс-форму может быть осуществлен только гидравлически.

Нижний стол большинства таких прессов оборудован дополнительным плунжером (метод использования нижнего плунжера или метод с использованием двух рабочих плунжеров), при помощи которого полимерное сырье вдавливается в гнезда пресс-формы. Лишь на немногих прессах для литьевого прессования в верхний плунжер встроен дополнительный литьевой плунжер (метод использования верхнего плунжера или метод работы с одним плунжером).

Прессы для литьевого прессования в большей степени пригодны для сочетания с устройствами предварительной пластикации, поскольку в материальный цилиндр необходимо вкладывать всего одну таблетку.

Пресс-формы для литьевого прессования. Основная разница между обычным и литьевым прессованием состоит в конструкции пресс-форм. Отдельные гнезда пресс-формы связаны с материалом цилиндром распределительной системы. Поэтому литниковые каналы должны быть выполнены в виде вставок из износостойких сталей.

 

8.2 Давление и температура прессования

 

Также важно какие температуры и давления следует задавать на машинах. В качестве рекомендации в табл. 1 для некоторых типов сырья приведены соответствующие значения, которое, однако, не следует использовать не проконсультировавшись с производителем пресс-материала. Кроме того, сегодня на рынке представлено большое количество не стандартизированных прессовочных масс.

Предварительным давления прессования относятся исключительно к прямому прессованию, если же речь заходит о литьевом, то в этом случае удельные давления литьевого плунжера составляют от 50 до 200 Н/мм2.

При работе со смолами, полученными поликонденсацией, в случае отсутствия предварительного нагрева может возникнуть необходимость использования подпресоовок и прессования с вентиляционными каналами, что обеспечивает отвод летучих веществ.

После смыкания пресс-формы часто бывает достаточно на которое время снять давление, а затем вновь в полной мере подать его до завершения времени отверждения. Продолжительность  подпрессовки и удаление летучих определяет желаемое качество поверхности готовых изделий

 

Таблица 1

Данные, для переработки термореактивного полимерного сырья

 

Тип	Температура прессования, °С	Давление прессования, Н/мм2
12 13 31 131 150 180 801 871	От 150 до 170 От 160 до 175 От 160 до 170 От 145 до 165 От 140 до 165 От 145 до 165 От 140 до 160 От 150 до 175	>20 >25 >15 >25 >25 >25 >5 >10

 

9 Снятие облоя

 

Едва ли существует возможность изготовления изделий из термореактивного материала без образования облоя, а значит целью каждого производителя должно стать получение изделий с его минимальным количеством. В принципе различают два вида снятия облоя (рис. 10):

• Вручную;
• Машинным способом.

 

Рис. 10 Методы снятия облоя. Преимущества и недостатки

 

Автоматизированное производство допускает исключительно автоматическое снятие облоя. Сегодня существуют установки, на которых производят изделия без облоя, однако при этом нельзя допускать снижение качества поверхности изделий.

Какой из названных методов снятия облоя слудует использовать зависит от вида изделия, а также от степени автоматического производства. Для многих изделий снятие облоя происходит только вручную, поскольку автоматизация процесса не имеет смысла или попросту невозможна. На крупносерийном производстве использование автоматов- насущная необходимость.

Не методы снятия облоя в производстве изделия из реактопластов следует обратить внимание, поскольку они способны в значительной степени повлиять на производственные издержки.

 

10 Прессование слоистых изделий

 

Под прессованием слоистых изделий подразумевается прессование пропитанных под воздействием температуры и давления синтетической смолой (полимером) слоистых наполнителей для изготовления гетинаксов иди текстолитов.

Слоистые материалы и их свойства регламентированы в DIN7735, 40802 и 16962. На рис. 11 схематически представлен процесс изготовления слоистых пластиков.