ПРЕССОВАНИЕ Это первый метод производства изделий из пластмасс. Прессы – первое оборудование для их переработки. Как классический метод переработки изделий из отверждаемых формовочных масс в пресс-форме. Значительный прогресс, достигнутый в области литья под давлением реактопластов, в последние годы отодвинув на задний план технологию прессования. Тем не менее и на сегодняшний день прессование может быть использовано в качестве рентабельного метода переработки. Им могут быть получены изделия как из реактопластов, так и из термопластов. Прессование заключается в воздействии на материал путем давления с целью придания ему требуемой формы. Характерной особенностью этого процесса в отличие от переработки металлов, является относительная низкая скорость движения рабочего инструмента (пресса). Под прессованием понимают процесс, при котором полимер под действием давления и температуры заполняет формующую полость разомкнутой пресс-формы, при смыкании которой образуется изделие. В ходе этого процесса в переработке реактопластов при высокой температуре происходит сшивка макромолекул, а при переработке термопластов происходит охлаждение расплава. В зависимости от технологической задачи прессование может производиться при комнатной температуре (холодное прессование), при повышенной температуре (прессование с нагревом, или горячее прессование) и при нагреве с последующим охлаждением. В промышленности переработки пластмасс холодное прессование применяется, например, при таблетировании пресс-материалов и в технологии изготовления деталей методом спекания; прессование с нагревом используется при производстве изделий из термореактивных материалов, а прессование с нагревом и последующим охлаждением при получении изделий из термопластов. Процесс прессования начинается с перераспределения частиц материала и их более плотной упаковки. По мере увеличения давления прессования частицы начинают деформироваться. Наибольшая деформация частиц происходит в местах их контакта. Дальнейшее увеличение давления чаще всего приводит к разрушению первоначальных частиц. В зависимости от свойств перерабатываемого материала процесс разрушения протекает с преобладанием либо пластической деформации, либо хрупкого разрушения. Изделия, полученные холодным прессованием, не имеют гладкой поверхности и блеска в отличие от изделий, прессованных в горячем состоянии. Даже применение высоких давлений, необходимых для компенсации отсутствия пластической деформации у материалов, не обеспечивает точного оформления сложных прессованных конструкций. При холодном прессовании прочность готового изделия в конечном итоге определяется давлением прессования и свойствами самого материала; при очень высоких давлениях прочность прессованного изделия приближается к прочности монолитного (компактного) изделия. Прочность и плотность полимерных изделий, полученных прессованием с нагревом, зависят от свойств наполнителя и связующего. В данном случае давление используется лишь для обеспечения заполнения формующего инструмента (прессформы) высоковязким расплавом термореактивного материала. Прессование с нагревом при производстве изделий из реактопластов сопровождается необратимым химическим процессом сшивания макромолекул и переводом материала в неплавкое и нерастворимое состояние. Прессование с нагревом и последующим охлаждением позволяет перевести термопластичный полимер в вязкотекучее состояние, под давлением заполнить им формующий инструмент, а затем, охлаждая пресс-форму, перевести полимер в твердое состояние. При переработке ТП данный метод сохраняет свое значение лишь при получении следующих видов изделий: - толстостенные листы - вспененные полуфабрикаты - изделия из полимеров с очень большой массой Стадии прессования: 1) Подготовка полимерного сырья к прессованию. Для подготовки к прессованию п. сырье проходит ряд технологических операций: 1. Дозировка (весовая/объемная) Для каждого изделия необходимо достаточное количество полимерного сырья. Недостаточность дозировки становится причиной появления пористых участков. Изыбыток приводит к образованию облоя, что требует доп. обработки. 2. Таблетирование Для получения уплотненного полимерного материала в виде таблеток или гранул. Осуществляется при комнатной температуре и может быть выполнено автоматически практически для всех сыпучих пресс-материалов. Таблетирование упрощает процесс последующего дозирования и обеспечивает удаление воздуха, находящегося в насыпной массе. Могут быть изготовлены таблетки различной формы. 3. Предварительный нагрев. С целью сохранения времени цикла полимерный материал подогревается вне пресс-формы: нагрев в печи, ик-нагрев, высокочастотный, нековая предпластикация. 2) Прессование. Методы прессования: - прямое ( компрессионное) п. - литьевое (трансферное) п. - профильное п. Для прямого и литьевого п. характерна циклическая повторяемость отдельных операций, необходимых для изготовления каждого последующего изделия. При этом должно соблюдаться постоянство технологических параметров, таких, как давление прессования, температура, скорость движения плит пресса, продолжительность каждой операции. Оба процесса имеют периодический характер и с их помощью производится только штучная продукция. При профильном прессовании получаются изделия постоянного сечения: ленты, прутки, трубы, различные другие профили. Профильное прессование является непрерывным процессом. Длина изделий зависит от требований заказчика, условий их эксплуатации и транспортировки. Прямое прессование. Стадии процесса: - загрузка материалов в пресс-форму - прессование при низком давлении - прессование при высоком давлении - подпрессовка - выдержка под давлением - раскрытие формы и извлечение изделий. При переработке реактопластов форма всегда предварительно нагрета. При формовании большинства изделий нагрет предварительно и пресс- материал. При получении тонкостенных изделий небольшой массы пресс-порошок загружается в пресс-форму при температуре окружающего воздуха. Предварительный нагрев массы полимера позволяет очень сократить время выдержки, время цикла и повысить качество поверхности готового изделия. Выдержка под давлением имеет решающее значение для получения качественных изделий. Недостаточная выдержка становится причиной плохой термостабильности, повышенного водопоглощения и связанными с этим низкими электрическими свойствами. Чрезмерное отверждение ведет к появлению на поверхности мелких волосяных трещин, что в свою очередь также вызывает повышенное водопоглощение. Она занимает больше 50% цикла прессования. В зависимости от природы и свойств перерабатываемого материала возникает необходимость освободить оформляющую полость пресс- формы от выделяющихся из расплавленного материала паров и газов. С этой целью пресс-форма размыкается на небольшую высоту, достаточную для выхода газов, и снова смыкается. Подобная операция называется подпрессовкой. При прессовании быстро- отверждающихся материалов пресс-форма находится в разомкнутом состоянии 3—5 с, а при медленно отверждающихся — до 10 с Извлечение изделия осуществляют с помощью выталкивания. Обычно температура прессования составляет 140-170С, плотность 10-50 кПа. Прямое прессование является наиболее распр. методом. Литьевое (трансферное) прессование Литьевое прессование отличается от прямого тем, что перерабатываемый материал загружается в отдельную обогреваемую инжекционную камеру. Переведенный в вязкотекучее состояние материал под действием пуансона впрыскивается из инжекционной камеры через литниковые каналы в замкнутую пресс-форму. В процессе течения за счет выделения диссипативного тепла материал дополнительно прогревается. Отверждение материала происходит в оформляющей полости пресс-формы. Плотность при литьевом п. от 50 до 200 кПа. Для осуществления используют гидравлические прессы нижнего и верхнего давления. После полной пластикации массы давление повышается для удаления воздуха из расплава. Фиксация формы изделия осуществляется за счет охлаждения. Для частично кристаллизующихся полимеров степень кристаллизации, а значит и свойства изделий, определяются скоростью охлаждения. Важнейшим преимуществом данного метода является то, что могут быть получены изделия с незначительной ориентацией. Прессование ТП, армированных стекловолокном. Метод получил широкое развитие. Изделие, получаемое данным способом, применяется в качестве защиты или армированных компонентов в автопромышленности. Используют ПП, ПА, полибутилметакрилат. Метод используется при переработке вторичного полимерного сырья. В качестве основного сырья для прессования принимают пропитанный термопласт связующим стекломат. Технологический процесс включает стадии: - пропитка стекломата связующим - пластикация материала ( полуфабриката ) вне пресса - прессование формовочной массы с получением изделий. Пропитанный связующим мат поставляется в виде плиты или молотка. Заготовка стекломата: разрезается и нагревается в печи или ик-нагревателе. Толщина изделия регулируется количеством слоев, укладываемых друг на друга. Далее заготовка укладывается в пресс-форму и пресс быстро смыкается. После охлаждения изделие извлекается из формы. В данном методе время цикла меньше, тк определяется временем нагрева прессформы. Недостаток – изделия имеют облой. Непрерывное профильное прессование (поршневая экструзия. Метод предназначен для получения изделий неограниченной длины путем продавливания материала через пресс-форму с открытыми входным и выходным отверстиями. Этим методом могут перерабатываться как термопластичные, так и термореактивные материалы, однако при переработке термопластов предпочтение в подавляющем большинстве случаев отдается шнековым экструдерам. Прессование ведется на специальных гидравлических прессах. Производство изделий из армированных ПМ на основе РП Особенность получения армированных ПМ заключается в том, что процесс формования идет параллельно с образованием армированного пластика. Оба процесса являются неразделимыми. Методы, используемые для получения изделий из армированного пластика, разделяют на 2 группы: -открытый метод - закрытый метод Открытыми методами получают изделия, одна из поверхностей которых контактирует с жесткой поверхностью формы, а вторая – может оставаться либо свободной, либо формируется при небольшом давлении.(0,1-0,6мПа). К этой группе относится намотка, контактное формование, центробежное формование, ф. с помощью эластической диафрагмы и др. При использовании закрытых методов обе поверхности изделия формуются жесткими элементами формы. К таким способам относятся пултрузия, прессование, пропитка наполнителей в замкнутой форме и др. Изделия, получаемые открытым способом, имеют гладкую поверхность (которая соответствует поверхности формы) только с одной стороны, а при закрытом – поверхности изделий не требует механической обработки или шлифовки и имеет гладкую поверхность со всех сторон. Изделия обеих групп получают по мокрой или сухой технологиям. В первом случае наполнитель пропитывается связующим непосредственно перед нанесением на поверхность формы, во втором — наполнитель пропитывается раствором связующего и сушится, превращаясь в полуфабрикат, называемый препрегом. Мокрый метод позволяет получать изделия более монолитные и высокопрочные, однако для него характерны: невозможность применения растворителей и, следовательно, технологические сложности реализации требуемой вязкости связующего; необходимость длительной жизнеспособности вязкотекучего связующего (по крайней мере, в течение цикла формования); большие потери связующего вследствие его отжима при контакте с элементами намоточного узла, а также при ракельном выравнивании формуемого изделия. Сухой метод позволяет разделить производство на две стадии: первая — приготовление полуфабриката (препрега), вторая — производство изделия. Использование препрега (заготовки), который может храниться длительное время, иногда исчисляемое месяцами, позволяет более точно дозировать содержание связующего на наполнителе, упрощает как переход с одного армирующего наполнителя на другой, так и, соответственно, производство гибридных изделий типа угле-, стеклопластик, улучшает санитарные условия операции формования, позволяет существенно повысить производительность труда. Недостатки сухого способа: - наличие остаточного растворителя в связующем снижает свойства получаемого АПМ, - формование происходит при температуре формы (оправки), которая выше температуры плавления связующего, то есть, как правило, более 100 0С; - в получаемом материале возможно наличие пор и дефектов, вызванных неполной пропиткой наполнителя связующим Выбор метода производства изделий из АПМ определяется различными факторами. При их применении необходимо дополнительно учитывать показатель, характеризующий сложность конфигурации изделия, его габаритные размеры. По этому дополнительному показателю вне конкуренции метод контактного формования. Несмотря на самую низкую производительность, в настоящее время он является одним из основных.. Контактное формование. Наиболее простым по технологическому оформлению способом получения ПКМ продолжает оставаться контактное формование, которое применяется для изготовления крупногабаритных деталей сложной конфигурации: коробчатых кожухов механизмов, баков, корпусов и других элементов лодок, катеров и пр. Контактное формование изделий в открытых формах осуществляют в основном двумя методами: - ручной укладкой - напылением. Технология ручной укладки включает следующие основные операции: — нанесение разделительных покрытий на формы; — раскрой тканых или нетканых армирующих материалов; — приготовление связующего; — укладка армирующего материала на форму; — нанесение на армирующий материал связующего и пропитка им арматуры; — отверждение связующего при комнатной температуре или при нагревании до 70-95 0С; — извлечение изделия из формы и его механическая обработка согласно требованиям чертежа; — контроль качества изделия. Непосредственно перед формованием изделий на поверхность формы кистью либо распылением наносят наружный смоляной слой (гелькоут). Для этого используют полиэфирную смолу, содержащую наполнители и пигменты, но без армирующих добавок. Гелькоут формирует наружную поверхность будущего изделия. Декоративная глянцевая поверхность практически не требует последующей отделки. Композицию смолы и отвердителя можно наносить на волокно как вне формы, так и внутри нее. Возможно использование распылителя, который автоматически дозирует и смешивает компоненты. Для уплотнения материала и удаления пузырьков воздуха применяют щетки, резиновые и зубчатые валики. Композицию можно наносить на волокно как вне формы, так и внутри нее. Возможно использование распылителя, который автоматически дозирует и смешивает компоненты. Для уплотнения материала и удаления пузырьков воздуха применяют щетки, резиновые и зубчатые валики. При использовании только матов содержание волокна должно быть 25-35%. В пластиках, полученных с применением матов и тканого ровинга, содержание волокна находится в пределах 35-45%, а при использовании только ткани — около 50%. Продолжительность отверждения смол и композитов зависит от температуры; при комнатной температуре — от 10-20 мин до 14 суток, при 65 °С — 5-30 мин, при 82 °С — 1,5-5 мин. После отверждения, готовое изделие извлекается из формы и подвергается механообработке: обрезка облоя - излишков стеклопластика или отвержденной полиэфирной смолы по краям изделия; высверливание отверстий и тд Метод формования напылением. Метод формования напылением отличается от описанного метода ручной укладки тем, что волокнистый наполнитель в виде штапельного волокна вводится в открытую форму одновременно со смесью соответствующей смолы и отвердителя. 15-50мм волокно. После измельчения стекловолокно попадает в струю связующего (полиэфирная смола) из распылителя пистолета и пропитывается связующим во время переноса на матрицу. На долю ручного труда остаётся уплотнение стеклопластика в матрице прикаточным валиком с целью избежать образования пустот в материале и мелких пузырьков воздуха. Преимущества технологии производства напылением по сравнению с ручной кладкой: 1 Не требуется раскрой стекломата или стеклоткани и подготовка смеси "полиэфирная смола - отвердитель", что позволяет экономить время, полезные площади, работу персонала; 2 Существенно сокращается доля ручного труда 3 Экономия времени - увеличивается скорость производства изделия из стеклопластика; 4 Упрощается контроль над качеством изделий из стеклопластика; 5 Снижается себестоимость конечного изделия из стеклопластика, так как стеклянный ровинг - наиболее дешевый материал из стекла; 6 Существенно снижается количество отходов – Вы используете ровно столько полиэфирной смолы и стекла, сколько нужно для производства изделия из стеклопластика; Преимущества методов КФ: - универсальность. можно получать различного изделия - возможность получения изделий сложной формы и расплава - низкая стоимость оснастки - возможность создания слоистой конструкции - возможность применения для производства маленького объема изделий Недостатки методов КФ: - большие затраты ручного труда - низкая производительность - зависимость качества формования от квалификации персонала -трудность обеспечения однородности материала и способности его физико-мех. Свойств. Контактным формованием производятся следующие изделия: кузова, крылья, крыши автомобилей, прицепы; ванны, желоба, мойки, бочки, цистерны, баки, бункеры, элементы ненесущих строительных конструкций в виде стеновых панелей, дверей, оконных блоков и многое другое. Метод пултрузии. Пултрузия – процесс получения армированного полимерного профиля непрерывной протяжкой через нагретую формообразующую фильеру волокнистых наполнителей (нить, жгут, ткань, лента), пропитанных термореактивной смолой. Это непрерывный процесс изготовления профилей. В отличие от экструзии, где основным рабочим воздействием служит давление, при пултрузии таковым является тянущее усилие. Установка включает несколько модулей соответствующими следующим стадиям: 1) Пропитка волокон связующим 2) Отжим избытка связующего 3) Придание материалу заданного профиля путем протягивания через фильеру 4) Отверждение профиля 5) Резка Стекломатериал сматывается со специальных катушек в сухом состоянии и поступает в устройство пропитки пултрузионного станка, где смачивается связующим (полиэфирной, эпоксидной или другой смолой). Пропитанный полимерным связующим наполнитель (жгут, холст, тканая лента) последовательно протягивается через продольное отжимающее избыток связующего устройство, поступает в машину предварительного формования, а затем в горячую профилирующую матрицу, где происходит отверждение связующего и фиксируется требуемая конфигурация изделия. В камере термообработки происходит окончательное отверждение связующего и фиксируется требуемая конфигурация изделия. Изделие остывляют по заданному режиму, а затем идет на резательное устройство. Скорость формования задается с помощью тянущего устройства. Конструкция фильеры определяет сечение изделия, которое может иметь различную форму. Это является основным достоинством данного метода. Данная технология позволяет получать профиль с заданными свойствами и сложные формы с большим объемом. Можно получить изделия с почти любым профилем. Метод позволяет использовать мокрую или сухую технологии. В качестве ТР полимерных матриц используют полиэфиры, эпоксидные смолы, а в качестве ТП связующих – полисульфоны, полиэфиры, ПА, обладающие повышенной теплостойкостью. Наиболее перспективным является применение связующих с отвердителями, полимеризуется при УФ за короткое время (доли секунд). Особенность пултрузионной переработки состоит в том, что в полученных изделиях весь наполнитель ориентирован только в одном направлении. Следовательно, по свойствам такие изделия сильно анизотропны. Их прочность в продольном направлении существенно выше, чем в поперечном. Это качество может быть использовано как в технологических, так и в эксплуатационных целях. Применение волокнистых наполнителей (стекловолокна, углеволокна, органоволокна) в одном технологическом процессе позволяет получать изделия с уникальными свойствами. Контроль за натяжением волокна позволяет увеличить прочность изделий. Недостатки: - скорость процесса ограничена объемом отверстия - трудность обеспечения строго постоянного профиля изделия - высокая стоимость оборудования - ограниченная номенклатура изделий. Методом получают МС трубы, детали для ж/д и авто транспорта, композитные профили строительства, с/х, производства различных изделий.
