ТермопластМатеріали- Характеристики та властивості Термопластичні матеріали поділяються на дві основні категорії на основі їх термостійкості та характеристик: жаростійкі-термопласти та термопласти-загального призначення.
Види і властивості пластмас:
△Термодинамічні зміни пластмас
Жаростійкі-термопластики можна формувати в пластикові деталі-фіксованої форми за високих температур і зберігати фіксовану форму після охолодження. Якщо їх знову нагріти, вони можуть розм’якшитися та розтікатися, а потім знову формувати пластикові деталі фіксованої-форми за допомогою повторної обробки - це оборотно. Оскільки термопластичні матеріали не зазнають фундаментальних хімічних змін під час процесу формування, брухт можна переробляти та використовувати повторно, відомий як «вторинний матеріал» або «повторне подрібнення».
Термопласти зазнають фізичних змін під час формування, тобто вони просто не можуть змінити свій початковий стан при нагріванні, але залишаються аморфними та нездатними текти після охолодження. Таким чином, термопластичні матеріали не можна багаторазово нагрівати та переформовувати, тому брухт із термопластичних матеріалів зазвичай не можна повторно використовувати.
У цій книзі в основному розглядаються «пластики» - за винятком гуми, яка також є термопластичним матеріалом.
Порівняно з процесами формування пластику, хоча лиття під тиском має різні унікальні можливості та переваги, воно також має деякі властиві дефекти та недоліки. Розуміння основних характеристик формування пластмас під тиском є необхідною умовою та гарантією правильного проектування прес-форми та покращення якості формованих деталей.
(1) Усадка
Незалежно від того, чи можуть пластикові деталі зберігати стабільність розмірів за нормальних температурних умов, коли їх формують із порожнини форми та охолоджують до кімнатної температури, розмір буде трохи меншим, ніж вихідна порожнина форми. Ця характеристика називається усадкою, яку можна компенсувати за допомогою контролю температури формування.
Ця усадка спричинена не лише тепловим розширенням і звуженням самого пластику, але також пов’язана з різними умовами процесу формування та факторами конструкції форми. Після охолодження пластику швидкість усадки деталі є усадкою при формуванні, яку можна зменшити або покращити шляхом регулювання параметрів процесу або невеликих змін у розмірі порожнини форми.
Пластмасові деталі зазнають вторинної усадки протягом деякого часу після формування, також відомої як усадка після-формування,при збереженні однакових умов формування:
① Усадка пластикових деталей нерівномірна. Через те, що швидкість термічної усадки пластмас змінюється залежно від фізичних і хімічних умов у різних внутрішніх частинах, швидкість усадки пластикових деталей після охолодження до кімнатної температури змінюється за розміром і не є абсолютно рівномірною. Тому повинні існувати певні обмеження на точність формування розмірів пластикових деталей, і точність повинна бути належним чином покращена за допомогою конструкції форми.
② Після{0}}усадка пластикових деталей. Під час процесу формування через різні внутрішні напруги, хімічні реакції та різні зовнішні сили - головним чином тиск формування - пластикова частина продовжує існувати після формування із залишковою напругою. Після формування через різні залишкові напруги розмір пластикової деталі продовжує дещо змінюватися після виробництва. Як правило, більшість формованих деталей стабілізуються протягом 10 годин після формування, і в основному стабілізуються через 24 години, але для їх повної стабілізації потрібно більше 10 днів.Приділяючи увагу та вживаючи відповідних заходів формуванняє ключем до контролю усадки після-формування.
Щоб стабілізувати кінцеві розміри пластикових деталей після формування, інколи потрібна термічна обробка після формування. Термічна обробка дозволяє підтримувати термопласт при певній температурі, викликаючи розм'якшення; усунення зовнішніх сил, що впливають на усадку при формуванні, забезпечує належну внутрішню компенсацію після формування, що може зменшити розміри формованої частини при вищих температурах формування.
③ Спрямована усадка пластикових деталей. Під час процесу формування ефект орієнтації полімерів уздовж напрямку потоку призводить до анізотропії в пластиковій частині. Усадка деталі неминуче буде відрізнятися залежно від напрямку потоку матеріалу: як правило, усадка більша і міцність вища вздовж напрямку потоку матеріалу, тоді як усадка менша і міцність нижча в напрямку, перпендикулярному потоку матеріалу. Одночасно, через нерівномірний розподіл і щільність добавок у різних частинах пластикової частини, усадка також є нерівномірною, що призводить до різної усадки та робить пластикову частину схильною до викривлення, деформації та навіть розтріскування.
(2) Текучість
У процесі формування здатність пластику заповнювати порожнину форми при певній температурі та тиску називається плинністю пластику. Це унікальний комплексний технічний індикатор для лиття під тиском. Під час формування слід звернути увагу на розміри порожнини форми та відповідні параметри. Якщо тиск формування занадто великий або занадто малий, слід також враховувати вплив плинності.
Величина текучості має істотний зв'язок з молекулярною структурою пластмас. Пластмаси з лінійною молекулярною структурою або меншою молекулярною масою мають менше перешкод для молекулярного потоку, що призводить до більшої плинності. При додаванні наповнювачів до пластмас плинність збільшується з більшим вмістом наповнювача. Вплив різних конструктивних факторів і умов процесу формування на пластичну текучість також застосовний до текучості полімерних сполук.
Текучість пластмаси не є незмінною величиною, і конструкція форми може значною мірою її регулювати. Якщо пластмаси мають хорошу текучість, це не обов’язково означає, що всі аспекти процесу лиття під тиском є гладкими та задовільними. І навпаки, якщо текучість погана, її можна покращити шляхом підвищення температури або тиску лиття під тиском. Однак, якщо текучість занадто велика, це може легко спричинити такі дефекти, як спалах у виробництві пластикових деталей. Тому в процесі формування, використання пластичних матеріалів слід враховувати всі аспекти впливу факторів і комплексно вибирати відповідні пластмаси. Тільки тоді можна гарантувати якість і правильно вибрати параметри процесу формування та конструкцію прес-форми, що зрештою досягне мети контролю та покращення якості.
Відповідно до плинності звичайних пластмас у вимогах до конструкції форми, класифікацію плинності термопластичного лиття під тиском можна загалом розділити на три категорії:
① Пластмаси з хорошою плинністю: нейлон, поліетилен, поліпропілен, полістирол, акрил, ацетатбутират целюлози та поліоксиметилен.
② Пластмаси середньої текучості: такі як модифікований полістирол, ABS, AS, поліформальдегід, гомополімер вінілхлориду та політетрафторетилен.
③ Пластмаси з поганою текучістю: такі як полікарбонат, твердий полівінілхлорид, полісульфон, поліімід, ароматичний поліестер і фторопласт.
Основними факторами, що впливають на текучість пластмас для лиття під тиском, є:
① Температура пластику. Коли температура пластмаси висока, текучість збільшується відповідно до температури різних пластмас. Наприклад, полістирол, поліпропілен, поліамід, поліоксиметилен, модифікований полістирол, ацетат целюлози та АБС мають дуже чутливу температурну залежність від текучості; для полівінілхлориду, поліформальдегіду та поліметилметакрилату вплив зміни температури на текучість відносно невеликий.
② Тиск впорскування. Збільшення тиску впорскування може подолати опір, створюваний потоком розплаву, і відповідно збільшити швидкість заповнення розплавом, утворюючи більшу текучість.
③ Структура форми. Такі як форма литникової системи, розташування та розмір воріт, форма порожнини, випускна система, температура прес-форми, товщина стінок пластикових деталей і наявність вставок, кількість і розташування вставок - все це безпосередньо впливає на фактичну ситуацію заповнення в порожнині форми та має значний вплив на плинність пластику.
(3) Теплочутливість
В’язкість деяких пластмас змінюється залежно від температури під час процесу формування при нижчих температурах, і пластмаси залишаються відносно стабільними. Однак, якщо температура підтримується на рівні вищої температури формування протягом тривалого періоду, або площа поперечного-перерізу каналу потоку надто мала, або швидкість зсуву надто висока, можуть виникнути такі явища, як знебарвлення, деградація та розкладання через посилення зсуву. Пластмаси з такою характеристикою називають термо{3}}чутливими. Таких як жорсткий ПВХ, полівінілхлорид, поліформальдегід, поліфторетилен і фторопласт. Чутливі- до тепла пластики розкладаються та виділяють гази під час деградації, які роз’їдають форму та впливають на зовнішній вигляд пластикових деталей. Крім того, погіршуються їх фізико-механічні властивості.
Коли тепло-чутливий пластик розкладається-під впливом тепла або розкладається під час нагрівання, утворюватимуться різні продукти розкладання, деякі з яких шкідливі для людського організму. Форми та обладнання необхідно утримувати в чистоті. Домішки або бруд можуть спричинити локальний перегрів і призвести до погіршення якості матеріалу.
Реагенти та добавки можуть запобігти подальшому розкладанню. Наприклад, додавання термостабілізаторів до твердого ПВХ може покращити його ефект розкладання.
Якщо термо{0}}чутливі пластмаси формуються в умовах, коли робота перегрівається або відбувається розкладання, необхідно вжити певних заходів під час розробки форми. До матеріалів можна додавати термостабілізатори або використовувати відповідне обладнання (шнекові ін’єкційні машини). Слід суворо контролювати температуру формування, температуру бочки, час нагрівання, швидкість обертання шнека та тиск; і слід вжити таких заходів, як запобігання утриманню матеріалу та запобігання забрудненню обладнання та форм.
(4) Чутливість до вологи
Чутливість до вологи пластмас – це чутливість до розкладання вологи за високої температури та високого тиску, як-от полікарбонат, який є типовим -чутливим до вологи пластиком. Навіть якщо він містить невелику кількість вологи, він буде розкладатися при високій температурі і високому тиску. Тому чутливі до вологи пластики перед формуванням мають суворо перевірятися на вміст вологи та піддаватися сушці.
(5) Гігроскопічність
Гігроскопічність відноситься до спорідненості пластмас до вологи. Виходячи з цього, пластмаси можна розділити на дві категорії: одна - це пластмаси з властивостями водопоглинання або адгезії, такі як поліамід, полікарбонат, поліестер, ABS тощо; інший – це пластики, які не поглинають воду та не зберігають вологу, такі як полістирол, поліпропілен і поліетилен.
Для пластмас зі схильністю до водопоглинання, якщо вміст вологи перед формуванням не видалено та перевищує певну межу, то під час процесу формування волога перетвориться на газ і спричинить розкладання пластмаси, що призведе до зниження текучості формованого пластику, труднощів у формуванні та погіршення якості поверхні та механічних властивостей пластикових частин. Тому, щоб забезпечити плавний хід і якість формування, для пластмас з високою гігроскопічністю та адгезією до вологи, вологу необхідно видалити перед формуванням і висушити. Слід також звернути увагу на відповідні налаштування температури бочки та зовнішнього нагріву машини для лиття під тиском.
(6) Сумісність
Сумісність означає здатність двох або більше різних типів пластмас не зазнавати розділення фаз у розплавленому стані.
Якщо два типи пластику несумісні, у процесі плавлення та формування відбудеться розділення фаз, що призведе до розшарування, лущення та дефектів поверхні. Несумісність пластмас пов'язана з їхньою молекулярною структурою. Молекулярні структури, схожі або легко сумісні одна з одною, є сумісними, наприклад поліетилен високого-тиску та поліетилен низького{3}}тиску, поліпропілен, змішаний один з одним; несхожі молекулярні структури важко сумісти, наприклад, суміш поліетилену та полістиролу. Сумісність пластмас також зазвичай називають змішуваністю. Розуміння цієї характеристики пластмаси може допомогти визначити сумісність подібних або звичайних сировинних матеріалів, що є одним із важливих шляхів покращення продуктивності пластмас.