Литье под давлением пластмасс

При возникновении проблем при литье под давлением пластмасс на работу узла пластика­ции часто не обращают достаточного внимания, однако качество отливки сильно за­висит от процессов, происходящих в этой части машины. Функционально узел пла­стикации аналогичен одношнековому экструдеру, за исключением того, что шнек движется вдоль оси в материальном цилиндре, проталкивая расплав полимера в литьевую форму. Его основными задачами являются прием и перемещение твердых гранул и добавок, их плавление, перемещение расплава, смешение массы, возможно, дегазация расплава и, наконец, создание давления.

Важное отличие от экструзии заключается в том, что процесс при литье под давлени­ем пластмасс циклический, в то время как процесс экструзии непрерывен. Для обеспечения со­ответствия между циклами стадии перемещения, нагрева и смешения в пластикаторе литьевой машины должны быть воспроизводимы и хорошо изучены. Цель данной главы состоит в том, чтобы дать читателю точное представление о работе узла пла­стикации.

Мы сфокусируемся на описании процессов, протекающих в узле пластикации, его составных частях, и принципах их действия, существующих конструкциях шне­ка. Кроме того, рассмотрим проблемы, которые могут возникнуть в ходе работы, а также возможные пути их решения. Наконец, в главе представлены сведения о про­гнозировании процессов перемещения твердых полимерных материалов, плавления и течения расплава. Поскольку одновременное смешение становится все более рас­пространенным, в главе кратко представлена теория этого процесса; описаны не­сколько популярных способов смешения с использованием новых смесителей, ус­пешно применяемых в литье под давлением пластика.

Стандартный шнек для литья под давлением пластмассы. Шнеки при литье пластмасс под давлением обычно имеют те же характеристики, что и для экструдеров.  Шнек имеет одну винтовую нарезку с шагом, равным его диаметру и по­стоянным по всей длине шнека. Это так называемая геометрия квадратного шага, которая часто используется и в шнеках традиционных экструдеров. Степень сжа­тия обычно колеблется от 2: 1 для небольших машин до 2, 5: 1 для больших агрега­тов. Длина зоны питания составляет около 50% от общей длины шнека, тогда как длины зон сжатия и дозирования обычно составляют по 25%. Это отличается от традиционных шнеков для экструзии, у которых зона питания короче, а зоны сжа­тия и дозирования длиннее.

Ширина гребня составляет около 10% диаметра шнека. Глубина канала Я в зоне питания больше, чем в зоне дозирования; соотношение глубин в зонах питания и до­зирования называется степенью сжатия. Ее значение обычно колеблется от 2, 5 до 3, 0. В современных шнековых экструдерах в большинстве случаев используются специальные зоны смешения, так как способность к смешению у традиционных шнеков крайне ограничена.

На рис. 4. 5 приведены некоторые типовые значения глубины каналов в зоне до­зирования для ВП-шнеков. При диаметрах от 30 до 120 мм глубина каналов уве­личивается примерно линейно в зависимости от диаметра. Значения степени сжа­тия показаны на рис. 4. 6.

Для большинства термопластов степень сжатия увеличивается от 2: 1 при ма­лых диаметрах шнека до 2, 5: 1 для больших диаметров (100 мм). Для склонного к термодеструкции жесткого ПВХ, однако, используются значительно более низ­кие значения степени сжатия. Радиальный зазор над гребнем для шнеков с возвратно-поступательным движением  значительно больше, чем для обычных шнеков, и, как видно на рис. 4. 7, отличие может быть в 2-3 раза. Это объясняет­ся в основном тем, что ВП-шнек совершает не только угловое движение, но и вдоль оси. Такое движение при неправильной конструкции гребня будет вызывать его быстрый износ.

Рис. 4. 5. Значения глубины канала в зоне дозирования при различных диаметрах шнека

Рис. 4. 6. Значения степени сжатия при различных диаметрах шнека

Относительно длинная зона питания объясняется главным образом возвратно-поступательным движени­ем шнека. Максимальный ход шнека обычно составля­ет 3-4 диаметра. При обратном движении шнека эф­фективная длина зоны питания, как и общая длина, снижается на величину хода. Короткая зона дозирова­ния используется для того, чтобы шнек не создавал слишком большого давления, как при обычной непре­рывной экструзии. Давление, которое должен созда­вать шнек, должно быть достаточным только для оттал­кивания шнека назад при его вращении. Давление обычно составляет около 6 бар; но может быть специ-

Диаметр

Рис. 4. 7. Значения зазора над гребнем для шнеком

ально увеличено за счет регулировки сопротивления  но-поступательны обратному движению. Обычно для этого служит обрат­ный клапан, устанавливаемый между цилиндром и ем­костью с маслом, или вспомогательный вытяжной кла­пан контроля давления в этой линии.

Требования к ВП-шнекам. Основное требование к ВП-шнекам — это подача го­могенного высококачественного расплава к концу шнека. К сожалению, шнеки без зоны смешения имеют плохую перемешивающую способность. Хорошая гомоген­ность расплава достигается только с помощью распределяющей зоны смешения на конце шнека. При непрерывной экструзии было убедительно доказано, что хоро­шее распределение в зоне смешения на конце шнека может повысить качество экс-трудата и стабильность процесса. Это справедливо и в литье под давлением пластмасс, несмот­ря на то что существует очень мало публикаций, посвященных этому аспекту техно­логии.

Требуемые характеристики зоны смешения заключаются в следующем:

• равномерность потока расплава;

• минимальный перепад давления;

• полная очистка цилиндра;

• легкость управления;

• простота переработки пластмасс.

В зоне смешения происходят постоянное разделение и переориентация пото­ков расплава, и он подвергается воздействию значительных сдвиговых напряже­ний. Различные конструкции зон смешения и распределения, применяемые для экструзии и литья под давлением, обсуждаются в работе. Для получения хоро­шего качества смешения весь материал должен быть подвергнут высоким и равно­мерным сдвиговым напряжениям. Обычно это достигается прохождением мате­риала через небольшой зазор. Различные типы смесительных устройств будут опи­саны ниже.