Способы изготовления деталей из пластмасс
Листы и плиты из термопластов чаще всего изготовляют каландрированием — вальцеванием на многовалковых прокатных станках. Вальцеванием на профильных валках изготовляют также гофрированные листы для сотопластов. Фасонные изделия из листов получают прессованием в матрицах жестким или упругим пуансоном (воздухонаполненным резиновым мешком).
Широкое применение получил способ пневматического и вакуумного формования. При пневматическом формовании листовую заготовку, нагретую до пластического состояния, зажимают по периметру матрицы, после чего давлением сжатого воздуха осаживают заготовку на матрицу. При вакуумном формовании внутри матрицы создают вакуум, в результате чего заготовка втягивается в матрицу, облегая ее поверхность. Таким способом изготавливают фасонные крышки, открытые резервуары, обтекатели и другие тонкостенные изделия.
Прессование
Прессование применяют для изготовления фасонных изделий из реактопластов и отверждаемых термопластов. Исходным материалом служат таблетки, гранулы, крошка; для изделий с порошковыми наполнителями — пресс-порошки. Процесс осуществляют в пресс-формах, состоящих из матрицы и пуансона. Формовка производится при повышенной температуре (пресс-формы нагревают), обеспечивающей отверждение материала.
В матрицу засыпают мерное количество предварительно подогретого пресс-материала, после чего к пуансону прикладывают механическое или гидравлическое усилие и подвергают изделие кратковременной выдержке в форме под постоянным давлением, в результате чего происходит отверждение материала. Затем пуансон отводят; а затвердевшее изделие из матрицы удаляется выталкивателями.
Режимы формования (температура предварительного подогрева, температура и давление прессования, продолжительность выдержки) зависят от рецептуры пресс-материала, от размеров и конфигурации изделия и подбираются опытным путем. Обычно температура предварительного подогрева 130—180°С, температура прессования 200—220°С, давление прессования 10—30 МПа, продолжительность выдержки 15—30 с.
В настоящее время применяют полностью автоматизированные многопозиционные роторные прессовые агрегаты с автоматическим высокочастотным подогревом, производительность которых 100 прессований в минуту и выше.
Точность размеров детали зависит от точности изготовления матрицы и пуансона, точности дозирования пресс-материала и от соблюдения режимов прессования.
Качество поверхности деталей высокое. При надлежащей отделке оформляющих поверхностей матрицы и пуансона (хромирование, полирование) можно получить поверхность шероховатостью Ra = 0,080—0,160 мкм.
Литье под давлением
Литье под давлением применяют для формования термопластов. Исходный материал (гранулы, таблетки) подвергают нагреву до полного размягчения. Литьевая масса жидкотекучей консистенции подается в обогреваемый цилиндр, откуда выдавливается поршнем через литниковые каналы в охлаждаемые металлические формы. После охлаждения и затвердевания пресс-форма раскрывается, и отливки удаляются выталкивателями. Литники и заусенцы, образующиеся в полости разъема формы, обрубают и зачищают. Температура размягчения литьевой массы зависит от ее состава. Давление прессования 100—150 МПа. Температура формы 20—40°С.
Литье под давлением более производительно и обеспечивает более высокое и равномерное качество изделий, чем прессование. Можно получить поверхность шероховатостью Ra = 0,02—0,04 мкм.
Современные литьевые машины с многопозиционными формами, с полностью автоматизированным рабочим процессом имеют производительность до 200 отливок в минуту.
Для устранения внутренних напряжений и увеличения однородности структуры отливки подвергают нормализации: нагрев без доступа воздуха (обычно в минеральном масле) при 140—160°С в течение 1,5—2 ч с последующим медленным охлаждением.
Экструзия
Экструзионное формование применяют для изготовления из термопластов прутков, труб, шлангов, плит, пленок, фасонных профилей (поручней, плинтусов и т. д.). Процесс осуществляется на шнековых прессах непрерывного действия (экструдерах). Литьевая масса подается через загрузочный бункер в обогреваемый цилиндр шнека, подхватывается витками шнека (в свою очередь подогреваемого) и перемещается вдоль цилиндра, подвергаясь перемешиванию и уплотнению. Уплотнение массы достигается уменьшением шага или высоты витков шнека. На выходном конце цилиндра устанавливают фильеру с отверстием, соответствующим форме поперечного сечения изделия. Отформованное изделие, выходящее непрерывным жгутом из фильеры, охлаждается. После затвердевания его режут на куски необходимой длины.
В последнее время для подогрева литьевой массы используют тепло, возникающее в результате трения массы о стенки цилиндра и витки шнека («адиабатическое экструдирование»). При этом методе упрощается конструкция пресса и повышается экономичность процесса.
Метод экструзии широко применяют для нанесения изолирующих оболочек на проводники, кабели и т. д. Проводники, подлежащие покрытию, подаются из бунта через центральное отверстие в шнеке и в фильере обволакиваются литьевой массой.
Для изготовления пленок на выходном конце пресса устанавливают угловую головку. Заготовка выходит из фильеры в виде тонкостенной трубы, поворачивается под углом 90°, раздувается сжатым воздухом до получения стенок необходимой толщины и поступает в клиновидный зазор между двумя бесконечными лентами, где сплющивается. Образующаяся двойная лента подается вытяжными валками на разрезание.
Из труб, получаемых экструзией, изготовляют (методом раздува в формах) пустотелые изделия (флаконы, бутылки, фляги и пр.). Днище изделий заваривают.
Формование стеклопластов
Малогабаритные изделия из стеклопластов получают горячим прессованием в металлических формах. Для изготовления крупногабаритных изделий этот способ неприменим, так как требует мощного прессового оборудования и изготовления дорогостоящих и громоздких пресс-форм.
Крупногабаритные оболочковые конструкции чаще всего изготовляют методом набрызгивания на модель приведенного в вязкотекучее состояние пластика вместе со стеклянным волокном. Пластик и нарубленное волокно подают в нужной пропорции в распылитель. Выходящую из распылителя струю наносят на модель до образования слоя нужной толщины.
Позитивные модели, воспроизводящие внутренний контур изделия, применяют в случаях, когда надо получить гладкую и точную внутреннюю поверхность. Негативные модели, воспроизводящие наружный контур изделия, применяют для получения чистой и точной наружной поверхности.
При изготовлении изделий из пластиков холодного отверждения, модели делают из дерева, гипса, цемента, а также из термореактивных пластиков. При горячем отверждении применяют металлические подогреваемые модели. Поверхность нанесенного на модель слоя уплотняют прокатыванием роликами или опрессовкой сжатым воздухом через эластичный чехол из термостойкой резины или упругого силикопласта. После отверждения поверхность изделия зачищают, грунтуют и покрывают отделочным синтетическим лаком.
Точность размеров изделий, получаемых методом набрызгивания, невелика. У крупногабаритных деталей разность в размерах может достигать нескольких миллиметров. Прочность таких изделий уступает прочности изделий, прессуемых под высоким давлением.
Для изготовления полых деталей, имеющих форму тел вращения (трубы, конусы и т. д.), применяют метод намотки на вращающуюся оправку непрерывных прядей стеклянного волокна, пропитанных синтетиком. Прядепитатель устанавливают на суппорте, совершающем возвратно-поступательное движение относительно оправки. Намотку обычно выполняют наперекрест несколькими слоями. Наматываемые слои уплотняют роликами.
При изготовлении высокопрочных плит с ориентированным волокном намотку производят на барабан большого диаметра, разрезают еще неотвердевшую обмотку по образующей, расправляют и подвергают прессованию в плоских или фигурных штампах.
Сварка пластмасс
Термопласты всех видов хорошо поддаются сварке. Высокоэластичные пластмассы (полиолефины, полиамиды, полиметилметакрилаты) сваривают контактной сваркой без применения присадочного материала. Тонкие листы и пленки сваривают внахлестку пропусканием пленок между роликами, подогреваемыми электрическим током. Плиты, бруски и другие подобные изделия сваривают встык. Свариваемые поверхности сжимают под давлением 0,1—0,3 МПа; стык разогревают токами высокой частоты или ультразвуком. Прочность сварного стыка близка к прочности самого материала.
Пластмассы меньшей пластичности (винипласты, фторопласты) сваривают с применением присадочного прутка, полученного из того же материала, что и свариваемые детали, но с добавкой пластификатора. Соединяемые кромки разделывают для образования сварочной ванны. Сварку производят струей горячего воздуха. Прочность сварного шва составляет 70—80% прочности самого материала.
Разработаны также способы сварки термореактивных и отверждающих пластмасс, а также стекловолокнитов.
Пластмассы хорошо склеиваются с помощью клеев, представляющих собой раствор данного полимера в соответствующем растворителе. Некоторые клеи (ацетат поливинила, фенолнеопреновые, на основе модифицированных эпоксидов и др.) обладают широкой универсальностью по отношению к склеиваемым материалам. Этими клеями можно склеивать пластмассы с металлом, стеклом, керамикой и т. д.
Источник
Методы формования изделий из пластмасс
Переработка и использование термопластов. Методы обработки термопластов для получения изделий из них часто отличаются от методов обработки термореактивных материалов. Ниже описаны наиболее важные процессы обработки термопластов разного химического состава – полиолефинов, полистиролов, поливинилов, полиэфиров, полиамидов и др.
Экструзия (выталкивание) используется для производства волокон, пленок, листов, труб, стержней и т.п. Она сравнима с экструзией таких легких металлов, как алюминий. Пластмасса, загружаемая в экструдер в виде порошка или гранул, поступает в камеру, нагреваемую электричеством или паром. Вращающийся винт (шнек) выдавливает размягченную пластмассу из обогреваемой камеры через отверстие желаемой формы. В потоке воздуха около отверстия или в охлаждающей емкости материал застывает по мере того, как он выходит из экструдера. По валкам формованная пластмасса попадает на ленточный конвейер, где товар скатывают в рулоны или разрезают на отрезки подходящей длины. Обрабатывать таким способом можно как твердые, так и мягкие, каучукоподобные материалы, например полиэтилен, поливинилхлорид и его сополимеры, эфиры целлюлозы, синтетические и природные каучуки. Электрические провода и кабели обычно покрывают изоляцией посредством экструзии.
Выдувное формование используют для изготовления бутылок и других емкостей или пленок. Отмеренное количество материала формуют в виде трубы посредством литьевого формования (литья под давлением) или экструзии. Один конец трубы заплавляют и помещают ее в разборную форму. Подавая воздух в горячую пластмассовую трубу, ее раздувают так, что она заполняет полость формы и превращается в готовое изделие.
Метод заливки. Жидкий материал (пластизоль) заливают в полую форму, затем путем вращения его распределяют по стенкам с последующим удалением избытка пластизоля. На внутренней поверхности формы остается слой материала, который при нагревании превращается в эластомер. После охлаждения готовое изделие извлекают из формы. Точность изготовления, возможность получения деталей сложной конфигурации и низкие производственные затраты – главные преимущества этого процесса.
Литьевое формование может быть использовано для любых термопластов от полипропилена до тефлона. Это наиболее практичный и быстрый метод изготовления предметов со сложным профилем. Материал (обычно в виде небольших гранул) нагревают в камере в отсутствие воздуха. Когда пластмасса разжижается, плунжер (поршень) выдавливает ее через отверстие в холодную форму. Материал быстро охлаждается и после затвердевания автоматически выбрасывается при открывании формы.
Вакуум-формование. Лист термопласта толщиной до 6,5 мм и шириной до 1–2 м осторожно нагревают до размягчения. Затем его помещают поверх формы так, что вакуум засасывает пластик в полости и выемки формы. После этого лист охлаждают, и он затвердевает. Этот метод позволяет делать большие секции стен, которые было бы невозможно отформовать стандартным литьевым формованием. Дополнительным преимуществом является использование недорогих штампов и оборудования.
Формование в матрицу. В этом методе используются формы с мелкими углублениями и полостями. Лист термопласта зажимают над формой и нагревают. После достижения температуры формования между формой и листом создают вакуум. Атмосферное давление вдавливает размягченный лист во все углубления формы. После остывания листа зажимы отпускают и готовое изделие снимают. Процесс используется для получения детального неглубокого рельефа на поверхности изделия.
«Драпировочное» формование (из листов вытяжкой на пуансоне). В этом методе используются выпуклые формы. Лист термопластика поддерживается зажимами формы над ее самой высокой точкой. По мере нагревания и размягчения лист постепенно оседает и как бы драпирует наиболее выпуклые части формы. Когда лист нагреется до температуры формования, края листа плотно прижимают к наружному краю формы и создают между листом и поверхностью формы вакуум для завершения процесса. Этот метод дает возможность создать более глубокий рельеф, поскольку до подачи вакуума лист естественным путем растягивается.
Для приготовления пенопластов требуется либо использование газовыделяющего агента, равномерно распределенного в массе, либо растворение газа в мягкой пластической массе под давлением с последующим вспениванием массы, когда давление снимается. Варианты метода зависят от используемого пластика.Ацетат целлюлозы, поливинилы, полиэтилен, фенольные смолы, полистирол и полиэпоксиды можно легко вспенить. Пенопласты используют как флотационные материалы, теплоизоляторы и ударопрочную арматуру. В авиапромышленности они используются как легкие армирующие элементы для крыльев, причем материал обычно вспенивают на месте – в крыле.
Переработка и использование реактопластов. Термореактивные материалы всякого рода, например фенолоформальдегидные и мочевиноформальдегидные смолы, эпоксидные смолы и бисмалеинимиды, обрабатывают следующими методами.
Прямое прессование. Этот способ используется в производстве твердых, термостойких, устойчивых к деформации предметов – гребней, оправ для очков, ручек кастрюль, телефонных трубок, пепельниц, корпусов и панелей радиоприемников и телевизоров, холодильников, стиральных машин и кондиционеров.
Порошкообразную пластмассу предварительно спрессовывают в заготовки, имеющие чуть больший объем и вес, чем готовое изделие. Часто, особенно в случае больших размеров детали и вязких материалов, заготовку предварительно нагревают, поместив ее между электродами высокочастотной печи. Время и температуру предварительного нагревания следует контролировать, не допуская преждевременной вулканизации. После введения заготовки в нагреваемую полость пресс-форма закрывается и подается давление; пластмасса переходит в полужидкое состояние и заполняет пресс-форму. Материал выдерживают в форме, пока он не заполимеризуется и станет неплавким. Время вулканизации зависит от толщины формуемого изделия. С помощью многогнездных пресс-форм за один цикл формовки можно получить несколько изделий, при этом число гнезд ограничено размерами и мощностью пресса. Пресс-формы бывают поршневые и полупоршневые, а также с отжимным рантом (последние – наиболее употребительные). После окончания вулканизации давление снимают, форму открывают, и изделия выталкиваются. Все части формы делают из закаленной стали и частично хромируют, чтобы они выдерживали высокое давление.
Литьевое прессование применяется тогда, когда изделие имеет металлические включения и его профиль сложен, а в остальном похоже на прямое формование. Прессуемое соединение загружают в отдельную камеру, и, когда форма закрывается, тесно прилегающий плунжер выдавливает вещество из камеры в полость формы.
Получение слоистых материалов (ламинирование). Слоистые материалы (ламинаты) получают из бумаги или ткани, пропитанной термореактивной смолой. В качестве наполнителей применяются текстиль, бумага и глина, обычно в форме листов; так формуют простые предметы – листы, стержни или трубы. Под воздействием температуры и давления слои спекаются. Толщина слоистого материала определяется числом листов, помещаемых между пластинами пресса.
Декоративные ламинаты, имитирующие различные породы дерева, мрамор и цветные плиты, широко применяются для изготовления столешниц и облицовки стен. В производстве слоистых материалов промышленного назначения в качестве пропитки используются формальдегидные смолы, а в производстве декоративных материалов – меламиновые, полиэфирные и эпоксидные смолы.
Разработаны смолы, которые можно формовать при атмосферном давлении. Армированные пластики включают полиэфиры, усиленные стекловолокном. Многие полиэфирные слоистые материалы можно изготовить контактным прессованием, формуя насыщенный волокном материал в открытых формах и вулканизируя его нагреванием, облучением светом или каталитически. Применяется также вакуумное формование. Для достижения требуемой точности обработки и гладкости поверхности используют чистовые металлические штампы.
Литье. Термореактивные материалы (мочевиноформальдегидные и фенолоформальдегидные смолы) так же, как и термопласты (полистирол и полиакрилаты), часто формуют литьем. Применение давления необязательно, формы используются недорогие. Поскольку материалы для литья не содержат наполнителей, они обладают прекрасными оптическими свойствами. Фенолоформальдегидные материалы заливаются в свинцовые формы в виде сиропообразной густой смолы. Вулканизация нагреванием требует нескольких суток. С катализаторами время вулканизации можно сократить до нескольких часов. Акрилатные смолы для получения листов вулканизируют в формах из зеркальною стекла и в простых стальных формах. Метод литья можно использовать для инкапсуляции мелкого электрического или магнитного оборудования: генераторов, моторов, сопротивлений, конденсаторов.
Реакционное литьевое формование – формование с отвердителем, ускоряющим реакцию образования сшивок. Метод, в котором физический процесс формования соединен с химическим процессом сшивки в термореактивных системах: два компонента смолы, например эпокси-олигомер и ангидрид (как вулканизирующий агент), быстро и тщательно смешивают и вводят в форму, где материал затвердевает. При помощи этого процесса изготавливают довольно крупные пластмассовые изделия, обладающие значительной твердостью, жесткостью и деформационной стойкостью, например капоты, крылья, двери и крыши автомобилей.
ТЕХНОЛОГИЯ ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Высокая прочность и упругость древесины сочетаются с малой объемной массой, а следовательно, и с низкой теплопроводностью. Древесина морозостойка, не растворяется в воде и органических растворителях, способных растворить синтетические полимеры. Хорошо известны легкость обработки древесины, удобство скрепления деревянных элементов с помощью клея, врубок, гвоздей и пр. Однако древесине присущ ряд особенностей, которые должны учитываться при обработке, хранении и эксплуатации лесоматериалов.
Качество древесины зависит от породы дерева, условий его роста и наличия тех или иных пороков (трещин, сучков и пр.). Поэтому прочность и другие характеристики древесины колеблются в очень широких пределах. К тому же прочность сильно меняется при изменении влажности, причем увлажнение сопровождается разбуханием, а высушивание – значительной усушкой древесины. Неравномерность усушки вызывает коробление и растрескивание досок и других лесных материалов. Волокнистое анизотропное строение древесины предопределяет и неодинаковые ее механические, теплотехнические и другие свойства в разных направлениях, что учитывается при проектировании деревянных конструкций.
Недостатками древесины являются легкая возгораемость при пожаре и гниение, происходящее под влиянием грибковых поражений.
Изготовление деревянных конструкций путем склеивания тонких элементов водостойкими полимерными клеями уменьшает усушку, предотвращает коробление древесины. Для борьбы с гниением применяют пропитку дерева антисептиками; огнестойкость повышают, применяя антипирены.
Источник
