Производство пластиковых изделий и литье пластмасс

При литье пластмасс под давлением высокие скорости охлаждения приводят к формованию пластиковых изделий с высокой проницаемостью, что может создать условия для диффузии газов или жидкостей через его стенки. Ско­рость охлаждения также напрямую связана с размерной стабильностью конечного изделия. Производство пластиковых изделий с высокими скоростями охлаждения зачастую может быть смягчено нагревом изделия из пластика до температуры, при которой молекулы могут свободно переме­щаться при литье пластмасс под давлением; это создает условия для дальнейшей кристаллизации за счет дополнитель­ной укладки цепей. Такой процесс оказывает значительное влияние на структуру и свойства кристаллической составляющей и приводит к более равновесному со­стоянию и увеличению размеров кристаллической фазы. В общем случае это означа­ет только улучшение качества пластиковых изделий. Одновременно термообработка при производстве положи­тельно влияет на усадку и коробление при эксплуатации пластиковых изделий, осо­бенно в условиях термических нагрузок.

Все эти аспекты имеют большое значение для производства пластиковых изделий методом литья пластмасс под давлением. Например, при производстве методом экструзии профильных пластиковых изделий из аморфных термопластов ма­териал можно соответствующим образом охладить в головке с тем, чтобы экструдат был достаточно жестким для компенсации влияния собственного веса изделия из пластикапри выдавливании из нее. Температуры ниже температуры плавления, Т использовать нельзя вследствие затвердевания расплава внутри головки при литье пластмасс под давлением. Аналогичные проблемы встречаются в процессах термоформования, когда материал необходимо нагревать до температуры, при которой он может принимать окончательную форму, но при этом был бы способен выдерживать собственный вес.

Рис. Производство пластиковых изделий литьем пластмасс под давлением

Частично кристаллизующиеся полимеры имеют особенности  при литье пластмасс под давлением. Из-за тепловыделения при кристаллизации нужно отводить большее ко­личество тепла для образования твердого изделия; поскольку значения естествен­ной усадки больше, то требуется большее время выдержки и большие давления. Это предполагает более длительное время цикла литья пластмасс поддавлением и большую усадку пластикового изделия. Вы­сокие скорости охлаждения при литье пластмасс под давлением частично кристаллизующихся полимеров снижают степень кристалличности; но аморфное состояние молекул по­лимера может приводить к некоторой кристаллизации по окончании процесса, что вызовет дальнейшую усадку и коробление уже готового пластикового изделия. Обычной практи­кой является прослеживание всего процесса литья  пластмасс под давлением по PVT-диа-граммам, представленным на рис. 3.44 и 3.45 и позволяющим оценить поведение от­ливки во времени при производстве пластиковых изделий.

Морфология — это порядок или организация полимерной надмолекулярной структуры. Возможный «порядок» между молекулами или их сегментами и сосед­ними молекулами может изменяться от очень упорядоченной, высококристалличе­ской полимерной структуры до аморфной (то есть структуры с наибольшей неупо­рядоченностью). Вероятный диапазон упорядоченности и неупорядоченности ясно виден в левой части рис. 3. 46.

Изображение структуры, показанной в центральной части рис. 3. 46, может быть получено с помощью электронного микроскопа. Макроскопическая структура, по­казанная справа, видна в оптический микроскоп. С помощью оптического микро­скопа можно увидеть более крупные макроморфологические структуры, например, сферолиты в частично кристаллизующихся полимерах при литье пластмасс под давлением.

Аморфные полимеры по определению имеют чисто статистическую структуру. Не совсем ясно, существуют ли такие «чисто аморфные» полимеры. Исследования с помощью электронного микроскопа показали, что аморфные полимеры состоят из относительно жестких цепей с определенной степенью структурной упорядоченности­

Рис. 3. 46. Производство пластиковых изделий. Схематическое изображение вероятной надмолекулярной структуры, формирующейся в термопласте.

Тем не менее найдено, что такие типы аморфных полимеров оптически изотропны. Даже полимеры с мягкими и гибкими макромолекулами, такие как по­лиизопрен, которые в первую очередь считаются статистическими, иногда имеют ленточные и глобулярные области при литье пластмасс под давлением. Такие ленточные структуры относительно слабы и недолговечны при воздействии на материал нагрузок. Явление тиксотропности полимеров иногда связывают с разрушением таких надмолекулярных структур при производстве пластиковых изделий.