Подготовительные процессы оптимизации состава полимерной композиции (стр. 3 из 4)

Рис. 2

Ограничением при соэкструзии является необходимость использования полимеров с реологически подобными характеристиками, например ПЭВП/ПЭВП, ПЭНП/ПЭНП, ПЭНП/попролин, ПЭВП/попролин и т. д. Соэкструзией можно получать многослойные и многоцветные пленки.

Для производства однослойных двухцветных рукавных пленок на том же агрегате его оснащают сменной экструзионной головкой, предназначенной для этих целей. Угловая кольцевая головка для производства однослойных двухцветных рукавных пленок (рис. 2,6) имеет два формующих полукольцевых канала 1 л 2 (1 — центральный кольцевой канал, 2 — наружный), по которым окрашенные в различные цвета расплавы направляются в выходной кольцевой зазор 3, где свариваются и откуда изделие в виде однослойного двухцветного рукава выходит наружу. Однако и в этом случае подобие вязкостных свойств используемых расплавов является необходимым условием переработки. Расплавы с одинаковыми вязкостными свойствами, контролируемыми таким технологическим параметром, как ПТР, можно получать, регулируя режимы переработки или состав полимерной композиции.

Основными направлениями работ в области экструзии в последние годы являются: изменение геометрии и профиля червяка; создание многочервячных экструзионных машин с наборными элементами и специальными профилями, что позволяет улучшать качество расплава и повышать производительность оборудования; применение экструдеров с нарезанными в цилиндрах канавками разных размеров, обеспечивающих большие возможности при переходе от одного типа материала к другому; снижение противодавления и повышение вследствие этого производительности за счет модернизации экструзионной головки; снижение скорости сдвига, приводящее к облегчению переработки и повышению срока службы упорных подшипников; совершенствование системы внутреннего охлаждения рукава; использование диабетических экструзионных систем и др.

Например, система внутреннего охлаждения рукавной пленки, включающая блок, через который поток воздуха равномерно распределяется по окружности и одновременно попадает на всю внутреннюю поверхность рукава, позволяет получать пленки из полиолефинов толщиной 200 мкм при производительности до 300 кг/ч, диаметре червяка 90 мм, диаметре мундштука 225 мм, отношении L/D = 30:1 и мощности электродвигателя 70 кВт. В многочервячных экструдерах совершенствуется конструкция червяков с более глубокими канавками (при этом удается снизить скорость вращения червяков); применяются конические червяки в трехчервячных к струдерах, а также последовательное расположение червяков с разделением зон плавления и транспортировки расплава. При этом отношение L/D первого червяка такой двухчервячной системы составляет 18:1, второго 14:1, далее располагается интенсивно охлаждаемая головка. Достижения в области экструзии открывают новые возможности получения и использования мягкой транспортной тары из полимерных материалов.

ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Литье под давлением на сегодняшний день является самым распространенным способом получения жесткой транспортной тары в виде ящиков разных размеров и сложной конфигурации при минимальных затратах машинного времени. Литье под давлением является эффективным при серийности свыше 10 тыс. шт. единиц среднегабаритной тары (до 75 л). При этом литьевая машина должна обладать высокой пластикационной производительностью.

Выбор типоразмера литьевой машины определяется следующими параметрами: а) массой (объемом) одной отливки; б) усилием смыкания формы в соответствии с площадью одной отливки и инжекционным давлением; в) размером плит и ходом подвижной плиты; г) максимальным расстоянием между плитами; д) конструкцией выталкивателей.

Литьевые машины создаются универсальными по конструкционным параметрам и специализированными по перерабатываемым материалам. Это достигается выпуском литьевых машин с инжекционными цилиндрами различной конструкции, размерами и геометрией червяков, их наконечников, обратных клапанов, сопел. Такие машины могут работать в различных технологических режимах, что позволяет перерабатывать на них разнообразные полимерные материалы и получать изделия, отличающиеся по объему и конфигурации. Обычно современные литьевые машины имеют в комплекте 3—4 цилиндра, несколько червяков и инжекционных сопел, термостатирующее устройство для охлаждения формы и оснащаются указанными узлами в соответствии с типом перерабатываемых материалов, требуемыми давлениями литья и объемами получаемых изделий.

Универсальность литьевой машины обеспечивается выбором оптимальных параметров механизмов инжекции и запирания формы. Как правило, каждая фирма (завод) создают ряд (серию) машин для литья изделий массой от нескольких граммов до нескольких килограммов, а в отдельных случаях — десятков килограммов (крупногабаритные машины).

Для производства ящичной крупногабаритной тары необходимы термопластавтоматы с объемами впрыска от 1 до 10—15 кг и усилением смыкания полуформ от 4 до 16 мН. Такие машины выпускаются зарубежными фирмами — ФРГ («Баттенфельд», «Краусс— Маффей», «Мауер», «Штюббе»), Италии («Триульцы— Ресо, «Бираги», «Негри — БоссиСандретто»), Франции («Биллион»), Индии («Виндзор» по лицензии ив сотрудничестве с английской фирмой «Клекнер Виндзор»), ГДР («Трузиома», машины типа «Куаси»). В СССР также освоено производство подобных машин (с объемом выпуска до 5000 см³).

Масса одной отливки и необходимая пластикационная производительность определяют типоразмер выбираемого термопластавтомата, требуемое их число и усилие смыкания формы, необходимое для получения изделия в соответствии с его габаритами.

Усилие смыкания формы рассчитывается с учетом площади проекции изделия s на плоскость, перпендикулярную усилию смыкания:

F=kbps,

где k — коэффициент давления; b — коэффициент запаса; р — инжекционное давление в цилиндре литьевой машины.

Коэффициент k является отношением давления в форме к давлению в цилиндре и колеблется от 0,25 (для крупных литьевых машин) до 0,8 (для малых). Коэффициент b принимается для машин с центральным литником равным 1,1 —1,2 в зависимости от вязкости материала в литьевой форме (большие значения b принимаются для менее вязких материалов при проектировании литьевых машин). Например, при изготовлении унифицированной ящичной тары типоразмера 600X400 мм (площадь 0,24 м²) из модифицированного полиолефинового сырья -— попролина инжекционное давление литья при выбранной литниковой системе должно составлять/І=115 МПа; £ = 0,35, 6 = 1,1. При этих параметрах требуемое усилие смыкания формы будет равно

F=0,35-1,1 -115-0,24= 1,06 МН

Именно значение этой величины и определяет типоразмер выбираемого термопластавтомата.

Для съема больших изделий, таких как ящичная тара, в современных литьевых машинах используется микропроцессорная робототехника.

Более крупногабаритную и толстостенную тару можно получать литьем под давлением в режимах интрузии и литьевого прессования. Основное отличие интрузии от собственно литья под давлением заключается в том, что операции пластикации и впрыска совмещены во времени: заполнение основного объема оформляющей полости на 70—80 %осуществляется вращающимся червяком, а остальная часть впрыскивается движущимся в осевом направлении червяком, работающим как поршень. Этот прием позволяет получать изделия значительно большей массы, чем та максимальная доза, которую способен накопить червяк в пластикационном цилиндре, и при давлении во много раз меньшем, чем давление литья.

Литьевое прессование особенно целесообразно использовать при переработке материалов и композиций, сложных для литья под давлением (например, для материалов с повышенной вязкостью, низкой термостойкостью, а также материалов, склонных к структурированию при переработке), или при изготовлении деталей сложной конфигурации, когда возникает большое сопротивление течению материала при изготовлении.

Для получения особо толстостенных изделий из термопластов используют вариант впрыска в частично замкнутую форму, но с уже герметизированной оформляющей полостью. При этом в процессе впрыска заполняется весь объем оформляющей полости формы. Этим способом можно получать упрочненные контейнеры, выдерживающие большие деформационные нагрузки, и другие изделия.

Основными направлениями работ в области усовершенствования литьевого формования в последние годы являются: автоматизация за счет использования ЭВМ и робототехники; повышение надежности работы гидравлических систем и контрольно-измерительной аппаратуры (что позволяет изготавливать изделия повышенной точности при сокращении литьевого цикла и с меньшими затратами труда); изменение геометрии червяка и литьевого цилиндра для отсоса летучих веществ при переработке гигроскопичных и нестабильных материалов, в результате чего повышается качество изделий при переработке композиций с различными добавками.

Например, при использовании дополнительной контрольно-регулирующей аппаратуры можно повысить полезный объем впрыска на 30 % при неизменном давлении литья, а пластикационную способность — на 20—30%.

Применение пластикации с дегазацией имеет большое значение при переработке гигроскопичных полимерных материалов, таких, как полиамиды, поликарбонаты, полиметилметакрилат, сополимеры АБС и САН, ацетилцеллюлоза. Содержащаяся в них влага вызывает образование пузырей и свищей в литьевых изделиях, значительно снижает их качество и срок службы. Поэтому такие материалы перед переработкой сушат в сушильных шкафах в течение длительного времени, значительно превышающего время самой переработки. Альтернативой такому методу является пластикация с дегазацией, при которой влага и другие летучие вещества удаляются из пластицируемого расплава. При использовании литьевых машин с дегазацией расплава устраняется стадия предварительной сушки материала, отпадает необходимость в специальных мерах при упаковке и хранении гигроскопичных материалов, сокращаются технологические отходы при переработке, снижается содержание остаточного мономера в полимерном материале, повышается качество получаемых изделий.