Литьё пластмасс с газом

Литье пластмасс с использованием газа получило широкое распространение с начала 1990-х годов и в настоящее время является довольно популярной литьевой технологией.

В обычном литье под давлением уплотнение полимера в формующей полости (рис.1) происходит за счет давления, создаваемого в гидроцилиндре узла впрыска литьевой машины (стадия выдержки под давлением). Давление передается в дальние области отливки через остывающий полимер, при этом на утолщениях, например, из-за наличия ребер или бобышек, появляются утяжки или внутренние усадочные полости. Недоуплотнение и неравномерное уплотнение создают неравномерность усадочных процессов, приводят к короблению, высоким остаточным напряжениям, дефектам текстуры. Недостаточное уплотнение может быть причиной низкого качества спаев.

При литье с газом (рис.1) уплотнение полимера происходит за счет давления газа непосредственно на область изделия или вблизи этой области, поэтому процесс уплотнения проходит легче, чем в обычном литье под давлением. Литье с газом позволяет получить изделия с хорошим качеством поверхности, без утяжек и коробления, с минимальным уровнем остаточных напряжений, т.е. с высокой стабильностью размеров.

рис. 1 Сравнение циклов литья.

В ряде вариантов литья с газом (при подаче газа через литниковую систему и др.) уплотнение изделия выполняется только за счет давления газа (рис.1). В крупногабаритных или сложных по конструкции изделиях это может приводить к недоуплотнению части изделия. Подобные явления не проявляются, если основной процесс уплотнения производится при обычной подпитке полимером из материального цилиндра литьевой машины, а давление газа обеспечивает дополнительное уплотнение в проблемных областях.

Большинство вариантов литья с газом относится к технологии литья при низком давлении. Заполнение полости полимером при литье с газом не требует высокого давления из-за большой толщины так называемых газовых каналов - утолщений, внутри которых движется газ. Типичное давление газа находится в пределах 300 - 800 атм., тогда как при обычном литье выдержка под давлением проводится при давлении в материальном цилиндре литьевой машины от 50 до 200 атм. Использование малого давления значительно снижает требования к пресс-форме.

При литье с газом применяются обычные литьевые машины (рис.2), и это является одной из причин популярности этой технологии. Одно из преимуществ литья газом - возможность использования литьевых машин с существенно меньшим усилием замыкания, что дает большой экономический эффект при литье крупногабаритных изделий.

рис. 2 Схема традиционной литьевой машины, адаптированной для литья с газом

В качестве газа обычно применяется азот, который имеет низкую цену, инертен и доступен. При небольших объемах производства источником газа являются баллоны с азотом, при больших - специальные генераторы азота. Перед окончанием цикла литья азот откачивают из изделия и используют в следующих циклах. В некоторых вариантах технологии вместо азота используют сжатый воздух. Однако кислород, содержащийся в сжатом воздухе может взаимодействовать с расплавом ряда полимеров.

Большая часть термопластичных материалов может применяться для литья с газом. Эта технология используется для изготовления деталей из полипропилена, полистирола общего назначения, ударопрочного полистирола, АБС, смеси АБС и поликарбоната, смеси АБС и полиамида, поливинилхлорида, полиамидов, полибутилентерефталата, полиэтилентерефталата, поликарбоната, полиацеталей, полиэтилена высокой плотности полифениленоксида, синдиотактического полистирола, термопластичных полиуретанов, полиэфирсульфона, полиэфиримида, ароматических полиэфиркетонов и других материалов.

Большое влияние на ход процесса литья с газом оказывают реологические, теплофизические и механические свойства полимера.

При литье с подачей газа в расплав полимера существенно различается поведение аморфных и кристаллизующихся полимеров. Для кристаллизующихся материалов характерен узкий температурный диапазон затвердевания полимера, что облегчает управление процессом.

В технологии литья с внешним давлением газа процесс проводится как в обычном литье под давлением с той лишь разницей, что после впрыска полимера в полость формы подается газ. Газ подается между обратной (нелицевой) стороной изделия и стенкой формы. Процесс позволяет получить высокое качество лицевой поверхности изделия, при этом поверхность обратной стороны изделия, на которую непосредственно действует давление газа, оказывается неровной. Полость формы в этом процессе должна быть надежно уплотнена для предотвращения утечек газа.

Литье с внешним давлением газа применяется главным образом для плоских изделий небольшой толщины, имеющих ребра с обратной стороны, или изделий с плоскими поверхностями. Так как потери давления при впрыске в этом случае достаточно высоки, здесь может использоваться горячеканальное литье.

Сергей Юрьевич Канин, Алексей Евгеньевич Шаравин, 2010