книги из ГПНТБ / Лапшин В.В. Основы переработки термопластов литьем под давлением
.pdfосновы
переработки
термопластов
литьем под давлением
В.В.Лапшин •
I
В. В. Лапшин
О СНО ВЫ
переработки
термопластов
литьем
под давлением
М О С К В А И З Д А Т Е Л Ь С Т В О «ХИМИЯ» 1974
УДК 678.073.027.74
Л24
В. В. Лапшин
Основы переработки термопластов литьем под давлением,
М., «Химия», 1974.
270 с., 22 табл., 209 рис., список литературы 345 ссылок.
В книге изложены технологические свойства термопла стов. Описаны методы литья под давлением и приведены основные параметры литьевых машин.
Рассмотрены особенности процессов пластикации и тече ния термопластов в литьевой машине, а также процессы фор мования термопластов в литьевой форме. В книге освещены процессы ориентации и кристаллизации термопластов при литье под давлением и их влияние на механические свойства литьевых изделий.
Проанализированы принципы оформления литьевых изде лий, дефекты деталей и указаны меры по их устранению.
Приведены методы определения и обобщены результаты изучения формуемости полимеров при литье под давлением для различных типов термопластов.
Книга предназначена для широкого круга научных и ин женерно-технических работников, занимающихся производ ством и переработкой пластмасс. Она также может быть по лезна для студентов, специализирующихся в этой области.
3149-092 Л 050 (01)-74 92-74
QC) Издательство «Химия», 1974
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ |
|
|
С О Д Е Р Ж А Н И Е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
П редислбвие................................................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
В в е д е н и е |
................................................................................................................................ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
Методы |
литья под д ав л ен и ем ............................................................................. |
|
|
|
|
|
|
9 |
||||||
Основные параметры |
литьевы х'маш ин................................................................... |
|
|
|
|
17 |
||||||||
Термопласты |
для |
литья под |
да в л ен и ем ............................................................. |
|
|
|
24 |
|||||||
Литература |
................................................................................................................................ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25 |
Глава I. Технологические свойства термопластов........................................................ |
|
|
|
27 |
||||||||||
Физические ........................................................................ |
состояния |
термопластов |
|
|
|
|
|
27 |
||||||
Теплофизические ............................................................. |
свойства |
терм опластов |
|
|
|
32 |
||||||||
Расширение ........................................................................и сжатие термопластов- |
|
|
|
|
39 |
|||||||||
Реологические ............................................... |
свойства расплавов |
термопластов |
|
|
48 |
|||||||||
Вязкость ................................................... |
и высокоэластичность |
р асп лав ов |
|
|
48 |
|||||||||
Влияние скорости сдвига, температуры и давления на вязкость рас |
56 |
|||||||||||||
плавов ..................................................................................................... |
термопластов |
|
|
термопластов |
|
|
||||||||
Термостабильность ...................................................расплавов |
|
|
63 |
|||||||||||
Литература ................................................................................................................................ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
69 |
Глава II. Процессы пластикации и течения термопластов в литьевой машине |
72 |
|||||||||||||
Процесс |
пластикации |
термопластов |
в |
литьевой |
машине |
поршневого |
73 |
|||||||
типа ........................................................ |
|
|
|
нагревания |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Коэффициент .................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
75 |
||||||
Пластикационная |
производительность |
нагревательного |
цилиндра . |
76 |
||||||||||
Движение .............................. |
термопластов |
в нагревательном |
ц и ли н др е |
|
77 |
|||||||||
Процессы пластикации термопластов в литьевой машине червячного типа |
79 |
|||||||||||||
Конструкции ....................................................................................... |
червяков |
|
|
|
|
|
|
|
|
80 |
||||
Зоны .........................................состояния термопласта в канале ч ер в я к а |
|
84 |
||||||||||||
Особенности процесса нагревания термопластов в червячных ци |
85 |
|||||||||||||
линдрах ................................................................................................................ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Регулирование параметров пластикации в нагревательных цилиндрах |
87 |
|||||||||||||
с ...........................................................................................................ч ер в я к о м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Течение |
расплава |
термопласта |
через |
сопло инжекционного |
цилиндра , |
91 |
||||||||
Литература ................................................................................................................................ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
97 |
Глава III. Формование ..............................................термопластов в литьевой форме |
|
|
98 |
|||||||||||
Изменение давления и температуры термопластов в течение цикла фор |
98 |
|||||||||||||
мования ........................................................................................................................... |
формы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Заполнение ..................................................................................................... |
|
|
|
в ф о р м е |
|
|
|
100 |
||||||
Особенности .........................................течения полимера |
|
ф о р м ы |
101 |
|||||||||||
Скорость ........................ |
течения |
термопласта |
при заполнении |
107 |
||||||||||
Давление ................................................................. |
при заполнении |
ф о р м ы |
|
ф о р м ы |
|
115 |
||||||||
Удаление .................................. |
воздуха |
и газов |
при заполнении |
|
117 |
|||||||||
Уплотнение |
расплава |
термопласта |
в |
форме . |
..................................................118 |
|||||||||
Максимальное |
давление в |
форме |
|
|
|
|
118 |
|||||||
Г |
|
|
|
|
|
|
"V |
|
' |
|
|
|
|
-8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
І
Изменение давления в ф о р м е ..................................................................... |
|
|
|
120 |
|||||||||
Распределение |
давления в |
ф о р м е ........................................................... |
|
|
124 |
||||||||
Потери |
|
давления |
в ф о р м е .......................................................................... |
|
|
в ф о р м е |
124 |
||||||
Регулирование |
максимального давления |
125 |
|||||||||||
Вытекание |
полимера |
из формы |
и отключения |
полости формы . . . |
. |
130 |
|||||||
Охлаждение |
полимера |
после отключения |
полости ф о р м ы ....................... |
133 |
|||||||||
Литература ............................................................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
135 |
Глава IV. Процессы ориентации и кристаллизации термопластов при литье |
|
||||||||||||
под давлением и их влияние на механические свойства литьевых |
137 |
||||||||||||
изделий |
................................................................................................................ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Способность расплавов термопластов к ориентации и кристаллизации |
. |
138 |
|||||||||||
Кристаллизация в расплавах термопластов при изотермических условиях |
141 |
||||||||||||
Кристаллизация расплавов термопластов в неизотермических условиях |
|
||||||||||||
при повышенном |
давлении и |
при с д в и г е ................................................. |
146 |
||||||||||
Соотношения между параметрами кристаллизации термопластов и тем |
|
||||||||||||
пературой |
формы |
|
'............................................................................................... |
|
|
при течении в форме . . . |
150 |
||||||
Особенности |
ориентации термопластов |
. |
153 |
||||||||||
Влияние условий литья на ориентацию |
аморфных термопластов . . |
. 1 5 4 |
|||||||||||
Двухосная |
ориентация |
термопласта при заполнении ф о р м ы .................. |
160 |
||||||||||
Влияние условий литья на ориентацию кристаллическихтермопластов |
161 |
||||||||||||
Особенности процесса кристаллизации термопластов в литьевой форме 163 |
|||||||||||||
Влияние температуры расплава и продолжительности нагревания на |
|
||||||||||||
кристаллизацию |
-термопласта |
в ф о р м е ...................................................... |
|
166 |
|||||||||
Влияние температуры формы на процесс кристаллизациитермопластов |
168 |
||||||||||||
Внутренние |
|
напряжения в литьевых и зд е л и я х ........................................... |
172 |
||||||||||
Ориентационные |
н ап ряж ен и я ........................................................................ |
|
|
|
174 |
||||||||
Температурные |
|
напряжения |
-...................................................................... |
|
|
|
175 |
||||||
Влияние |
формы |
и |
размеров |
изделия |
на |
внутренние напряжения |
. |
176 |
|||||
, Влияние параметров процесса литья под давлением на механические |
177 |
||||||||||||
свойства |
литьевых |
|
изделий |
................................................................................. |
|
|
|
|
|||||
Температура |
литья ............................................................................................. |
|
. - |
|
|
|
|
178 |
|||||
Температура |
формы . . |
|
|
|
179 |
||||||||
Давление и время выдержки под давлен и ем ....................................... |
181 |
||||||||||||
Анизотропия |
механических |
свойств литьевых |
и зд е л и й ............................ |
182 |
|||||||||
Механические свойства спаев в литьевых |
и зд е л и я х ................................. |
188 |
|||||||||||
'Литература ............................................................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
193 |
Глава V. Литьевые изделия.............................................................................................. |
|
|
|
|
|
195 |
|||||||
Оформление |
литьевых |
и зд е л и й ........................................................................... |
|
|
|
196 |
|||||||
Влияние |
свойств |
терм опласта......................... |
|
|
|
. |
196 |
||||||
Влияние |
толщины |
детали . . . . . . . . . . . . . . . |
201 |
||||||||||
Влияние некоторых элементов формы |
д е т а л и ......................... |
|
203 |
||||||||||
Расположение впускного литникового |
к а н а л а ........................................... |
205 |
|||||||||||
Дефекты поверхности |
литьевых |
и зд е л и й ...................................................... |
|
208 |
|||||||||
Усадка литьевых |
и зд е л и й ..................................................................................... |
|
|
|
|
211 |
|||||||
Искривление |
литьевых |
и зд е л и й .......................................................................... |
|
|
|
214 |
|||||||
Термообработка |
литьевых |
и з д е л и й ................................................................ |
|
|
|
217 |
|||||||
Литература ............................................................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
223 |
Глава VI. Литниковые системы литьевых ф орм ...................................................... |
|
225 |
|||||||||||
Литниковые |
|
к а н а л ы |
............................................................................................... |
|
|
|
|
|
226 |
||||
Центральный |
литник |
.......................................................................................... |
|
|
|
|
|
228 |
|||||
Разводящий |
литниковый к а н а л ................................................................ |
|
|
|
230 |
||||||||
Расположение |
разводящих литниковых к а н а л о в ................................. |
232 |
|||||||||||
Переход |
от разводящего литникового |
канала к в п у с к у .................. |
234 |
||||||||||
Впускной дитникорый |
канал |
|
|
, 2 3 4 |
|||||||||
4
Балансирование размеров |
впускных литниковых |
каналов. . . . |
237 |
|||||||
Точечные впускные |
к а н а л ы ........................................................................... |
|
|
|
|
239 |
||||
Безлитниковые |
си стем ы ........................................................................................... |
|
|
|
' |
|
240 |
|||
Литература |
....................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
243 |
|
Глава VII. Формуемость термопластов при литье под давлением.................. |
244 |
|||||||||
Оценка |
ф орм уем ости................................................................................................ |
|
|
|
|
|
244 |
|||
Методы |
определения |
ф орм уем ости ................................................................. |
|
|
|
246 |
||||
Диаграмма |
ф орм ован и я |
..................................................................................... |
|
|
|
|
246 |
|||
Минимальный |
цикл л и т ь я ........................................................................... |
|
|
|
|
248 |
||||
Выбор |
форм |
для |
ф орм уем ости.................................... |
спирали, |
получаемой.... |
249 |
||||
Изучение |
формуемости |
полимеров |
по длине |
в |
||||||
литьевой |
ф о р м е .............................................. |
и сп ы тан и й |
|
|
|
250 |
||||
Методика |
|
проведения |
|
|
|
250 |
||||
Влияние |
технологических |
параметров процесса |
литья на длину |
|||||||
спирали |
|
ф о р м ы |
|
|
|
|
252 |
|||
Влияние |
конструкции ........................................................................... |
|
|
|
|
254 |
||||
Влияние |
свойств ................................................................................п ол и м ер а |
|
|
|
|
255 |
||||
Связь между длиной спирали и минимальными давлением и темпе |
||||||||||
ратурой |
при литье |
......................................................................................258 |
||||||||
Изучение формуемости полимеров с помощью |
кривых |
давление — тем |
||||||||
пература |
............................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
259 |
|
Соотношение между реологическими свойствами полимеров и их фор- |
||||||||||
муемостью |
при литье под давлением . |
и формуемость . . |
260 |
|||||||
Показатели |
текучести |
расплавов |
полимеров |
. 261 |
||||||
Комплексный реологический параметр полимерови их формуемость |
262 |
|||||||||
Вязкость |
расплавов ...........................................................и |
ф орм уем ость |
|
|
|
264 |
||||
Литература |
.............................................................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
|
265 |
Приложение. Соотношение единиц международной системы (СИ) с едини |
||||||||||
цами других |
с и с т е ......................................................................................................м |
|
|
|
|
|
,267 |
|||
ПР Е Д И С Л О В И Е
Внастоящее время во всех странах развивается производство термопластичных материалов. Доля их непрерывно возрастает; в
СССР к 1975 г. она должна составить более 40% от всего произ водства пластмасс.
Всвязи с ростом производства термопластов особенно широ кое развитие получили такие методы переработки, как литье под давлением, экструзия и вакуумное формование. Литье под дав лением является одним из наиболее эффективных методов.
За последние годы в области технологии литья под давлением достигнуты большие успехи. Значительно расширился ассорти мент термопластов, перерабатываемых литьем под давлением. Прогресс в конструировании литьевых машин достигнут в ре зультате применения принципа предварительной червячной пла стикации, рационального конструирования литьевых форм и т. д.
Однако несмотря на широкое развитие и применение этого ме
тода переработки, в настоящее время имеется очень мало книг, в которых были бы обобщены накопленные знания о процессе литья под давлением и его физико-химических закономерностях, о конструировании литьевых изделий и форм, являющиеся осно вой для создания технологии переработки термопластов методом литья под давлением.
Процессы формования изделий часто рассматриваются как чи сто механические процессы придания полимерному материалу определенной формы. В действительности же технология перера ботки полимеров — сложный физико-химический процесс, завися щий от условий переработки, конечной целью которой является получение полимерных изделий с определенной структурой, а сле довательно, и с определенными свойствами. -
Предлагаемая книга представляет собой попытку обобщить многочисленные экспериментальные данные в области переработки
6
полимеров литьем под давлением на основе современных пред ставлений, принятых в физико-химии полимеров.
Автор стремился уделить особое внимание рассмотрению тех свойств полимеров, которые определяют условия их переработки, как, например, теплофизические и реологические свойства, а также процессам ориентации и кристаллизации полимеров и их непо средственной связи с особенностями переработки термопластов методом литья под давлением.
Естественно, это представляет большие трудности, и поэтому автор с благодарностью примет все замечания и пожелания, ко торые возникнут у читателей.
Автор считает своим долгом выразить благодарность доктору технических наук Р. В. Торнеру за ценные замечания, сделанные при просмотре рукописи.
ВВЕДЕНИЕ
Литье под давлением является одним из основных методов переработки термопластов. Этот метод позволяет изготавливать высококачественные изделия с высокой степенью точности при вы сокой производительности.
Метод литья под давлением обладает рядом преимуществ по сравнению с методом прессования термопластов. Главными пре имуществами являются: высокая производительность за счет на грева термопласта вне литьевой формы, что позволяет впрыски вать расплав в непрерывно охлаждаемую форму; высокая точность размеров и чистота готовых изделий; минимальная дополнитель ная обработка изделий, которая сводится только к удалению сле дов литника, так как изделия не имеют заусенцев (грата) по плоскости разъема литьевой формы; экономичность, достигаемая вследствие небольшого износа литьевых форм [из-за отсутствия трущихся частей, кроме шпилек и колонок] и меньших размеров литьевых форм (по сравнению с пресс-формами), что облегчает операции по их установке на литьевой машине; возможность из готовления изделий сложной конфигурации, тонкостенных, со сла бой арматурой, с длинными оформляющими знаками, так как смыкание литьевой формы происходит до заполнения ее мате риалом; возможность полной автоматизации процесса изготовле ния изделий.
В то же время литье под давлением имеет ряд недостатков. Во-первых, велики начальные затраты на оборудование. Во-вто рых, во многих случаях высока стоимость литьевых форм. И, на конец, литьем под давлением трудно получить изделия с большой разнотолщинностью без поверхностных или других дефектов.
Переработка термопластов литьем под давлением осуществ ляется на литьевых машинах. Существуют маленькие литьевые машины, для изготовления изделий массой всего в несколько граммов, и большие литьевые машины, для изделий массой до 30 кг.
Масштабы производства литьевых машин весьма значительны. Около 150 фирм производят литьевые машины, причем каждая фирма выпускает довольно большое количество типоразмеров ма шин (от 8 до 20 и более). В США производится около 4000, а в Японии — 6500 литьевых машин в год1*^
8
Широкое распространение метода литья под давлением свя зано также с развитием производства новых термопластов с хо рошими физико-механическими свойствами, как, например, поли формальдегид и его сополимеры, поликарбонат, полисульфон
идр.
Внастоящее время имеется около 35 типов термопластоз,
перерабатываемых литьем под давлением. На основе того или иного термопласта выпускаются многочисленные марки материа лов, отличающиеся по физико-механическим свойствам и текучести при литье под давлением и предназначенные для различных це
лей. Так, |
в СССР выпускается 20 литьевых марок материалов |
|
на |
основе |
полистирола и его сополимеров; на основе полиамида |
11 |
фирма |
«Aquitaine Organico» (Франция) выпускает 30 марок |
для литья под давлением; на основе полиэтилена фирма «BASF» (ФРГ) выпускает 19 литьевых марок. Мировое производство тер мопластов в 1970 г. достигло около 20 млн. т 3.
Литьем под давлением изготавливают разнообразные детали машин и аппаратов (шестерни, винты, гайки, подшипники, ручки, уплотнительные кольца, арматура, вентили, текстильные шпули и т. п.). Широкое применение в автомобилестроении находят литьевые изделия из полиамидов, сополимеров формальдегида и других термопластов. В электротехнике используются следующие литьевые изделия: выключатели, клеммы, плиты, кожухи прибо ров, кнопки и другие детали, изготовленные литьем под давле нием. В медицине, строительстве, в быту и для упаковки также применяются различные литьевые изделия из термопластов.
Методы литья под давлением
При формировании изделий методом литья под давлением тер мопласт, предварительно нагретый в цилиндре до текучего со стояния, выдавливается поршнем (при давлении * 50—200 -МПа)
Рис. 1. Принципиальная схема литьевой машины:
/ — прессовая часть; 2, 4 —плиты |
для крепления литьевой формы; 3 —литьевая |
форма; 5 —электронагреватели; |
6 —нагревательный цилиндр; 7 —поршень; |
8 —гидравлический цилиндр.
в относительно холодную закрытую форму, в которой и происхо дит охлаждение изделия.
Принципиальная схема |
литьевой |
машины представлена на |
|
рис. 1. Литьевая |
машина работает следующим образом. Термо |
||
пласт в виде |
гранул |
поступает |
в загрузочное устройство |
9