Получение деталей из пластмассы

других типах изделий, работающих в аналогичных условиях.

Порядок выбора пластмасс количественным методом по комплексу

заданных значений эксплуатационных свойств сводится к следующему:

- выявление условий эксплуатации изделия и соответствующих им

значений параметров эксплуатационных свойств пластмасс при основных

условиях работы изделияя;

- подбор пластмассы с требуемыми параметрами эксплуатационных

свойств;

- проверка выбранной пластмассы по другим параметрам, не

вошедшим в основные.

Наиболее удобной является эвристическая стратегия поиска и

выбора пластмасс. В этом случае, отбрасывая заведомо бессмысленные

варианты, используют не все множество вариантов, а лишь его

наиболее нужную часть. Все множество пластмасс для этого разбивают

на подмножества по определенным эксплуатационным свойствам. В

таблице 2 приведены некоторые подмножества полимерных материалов.

2. Характеристики подмножества полимерных материалов

|Подмножество |Число|Энтроп|Число |Сокращен|Цена |

|полимерных |элеме|ия |поисковы|ие поля |параметра, |

|материалов |нтов |ряда |х |поиска, |или снижение|

| |Ki |(Log2 |параметр|Кобщ/Ki |энтропии |

| | |Ki |ов ряда,|раз |(Log2 Kобщ/ |

| | |бит) |( | |Ki, бит) |

|Все множество(Kобщ) |2710 |11.4 |11-12 |- |- |

|Конструкционные |949 |9.89 |10 |2.86 |1.51 |

|Электро- и радио- |864 |9.76 |10 |3.14 |1.65 |

|технические | | | | | |

|Листовые |501 |8.97 |9 |5.41 |2.44 |

|Тропикостойкие |188 |7.56 |8 |14.41 |3.85 |

|Прозрачные |156 |7.23 |7-8 |18.07 |4.18 |

|Медицинские |123 |6.94 |7 |22.03 |4.46 |

|Радиационностойкие |56 |5.81 |6 |48.39 |5.60 |

|Герметики |53 |5.81 |6 |48.39 |5.60 |

|Компаунды |52 |5.73 |6 |51.13 |5.68 |

|Фрикционные |13 |3.70 |4 |208.46 |7.70 |

Поиск в конструкционном ряду сокращает поисковое поле почти в

3 раза, в ряду прозрачных материалов - в 18 раз, фрикционных

материалов - в 208 раз (табл.2).

Выбор пластмасс по эксплуатационным параметрам это задача

противоречивая:

1 - необходимость учесть наибольшее число параметров с целью

повышения точности выбора;

2 - необходимость уменьшить их число с целью сокращения затрат

труда и времени на оценку.

Выбор оптимального или минимального числа параметров из всего

возможного их числа (30-40 парамеитров) при выборе и оценке

выбранного материала основан на учете всех наиболее ценных

эксплуатационных параметров материала путем использования для этой

цели нужного (по эксплуатационным параметрам) подмножества

пластмасс (электро- и радиотехнические, прозрачные, тропикостойкие

- табл.2 и др.), остальные материалы отбрасывают. Минимальное

количество учитываемых параметров определяют по выражению:

n ( INT(Log2 K) +1;

где K - число элементов в данном подмножестве.

Обычно число поисковых параметров, необходимое для выбора

пластмассы с помощью рядов пластмасс не превышает 10. Это наиболее

ценные параметры с наибольшей информационной емкостью. За

критерий ценности поисковой информации принимают выигрыш,

показывающий степень сужения поискового поля; это выражает формула:

Log2 Kобщ/Ki = Log2 Kобщ - Log2 Ki ;

где Kобщ - число элементов всего множества, Кi - число

элементов в подмножестве. Иначе эту величину называют цена

параметра (в битах).

Определение перечня параметров является наиболее важным этапом

при выборе пластмасс. Для этого удобно представить процесс в виде

граф-дерева (рис.8) с его свойствами, расположенными на различных

уровнях. Пусть на нулевом уровне находится интегральное свойство ,

характеризующее объект в целом. Далее дерево постепенно

разветвляется, образуя первый, второй, третий и т.д. уровни. Число

таких уровней не ограничено. Однако строя такое разветвление

желательно доходить до такого уровня рассмотрения, на котором

находятся простые, не разлагаемые на другие, наименее общие

свойства. Такое построение логической структуры свойств пластмассы

ускоряет выбор перечня свойств.

В перечне параметров для каждого параметра необходимо указать

его абсолютное значение или интервал возможного его изменения. Эти

данные являются оценочными для выбора пластмассы из ряда.При этом

часто используют наиболее часто метод расстановки приоритета.

Сравнивая между собой параметры эксперт определяет отношение между

ними (больше, меньше, равно) с присвоением коэффициентов,

составляет матрицу и определяет параметры. После выполнения таких

действий находят пластмассу, совпадающую по свойствам с

установленными теоретическим путем параметрами. Поиск выполняют по

соответствующей таблице с главным определяющим признаком

(прозрачности, диэлектрической постоянной, электрической прочности

и др.).

С учетом этих соображений порядок выбора пластмассы следующий:

I. Составление поискового образа пластмассы:

- составление графа дерева свойств изделия,

- составление параметрического ряда и определение

значения параметров,

- определение веса параметров с использованием метода

расстановки приоритетов,

- установление порога совпадения поисковых параметров;

II. Порядок выбора:

- выбор материала по поисковым параметрам, начиная с

наиболее ценного, методом последовательного приближения,

- при наличии нескольких равноценных марок материала

сопоставление и выбор лучшей с помощью обобщенного показателя или

по результатам опробования.

Выбор базовой марки полимера. Базовую марку полимера выбирают

по вязкости (текучести) в зависимости от предполагаемого способа

переработки (рис.9). Далее подбирают базовую марку по вязкости

(текучести) в зависимости от конфигурации и размеров детали. В

справочниках (на пластмассы) обычно приведены конкретные

рекомендации по применению различных марок пластмасс. Выбор

литьевых марок пластмасс для литья под давлением наиболее сложен,

поэтому приведем его.

Выбор базовых марок для литья под давлением. Основными

параметрами при этом являются толщина детали S и отношение длины

детали к тощине L/S.

Типоразмер каждой литьевой машины характеризует: V - объем

впрыскиваемого материала, Р - давление литья, Q - скорость впрыска

и другие параметры и интервал толщины S получаемых изделий

(рис.10). Малые толщины получают на машинах с небольшим V, большие

- на машинах с большим V. Для каждого типоразмера машин выделяют

характерный ассортимент деталей по отношению длины к толщине L /S

(таб. 3).

Таблица 3.

Группы изделий по отношению длины изделия к толщине (L/S) и

рекомендуемые марки полимера.

|Объем |Номер группы марки (изделия) по S (см. рис. 10) |

|вспрыск| |

|а V, см| |

|в куб. | |

| |1 |2 |3 |4 |

| |Номер группы изделия по L/S |

| |1 |2 |3 |1 |2 |3 |1 |2 |3 |1 |2 |3 |

|16 |140|92-6|10 Мгц).

Напряжение на пластинах конденсатора не превышает 8000 В.

4.2.2. Особенности формования аморфных полимеров

Аморфные полимеры при изготовлении из них расплава изделий

переходят в твердое состояние без изменения фазового (аморфного)

состояния. Параметром изменения надмолекулярной структуры полимеров

является степень ориентации. Ориентация макромолекул связана со

сдвигом материала под действием напряжений в процессе формования.

В процессе течения высокоэластичная деформация достигает

определенной величины, определяемой свойствами материала, режимами

и условиями течения. Поэтому после заполнения формы она

(высокоэластичная деформация) релаксирует (уменьшается). Но из-за

охлаждения материала в прессформе (температура прессформы ниже

температуры стеклования) уменьшается скорость релаксации.

Уменьшение скорости и ограничение продолжительности релаксационного

процесса приводит к остаточной (неполной) релаксации (сохраняющейся

в деталях). Часть ориентированных полимерных цепей при этом

остаются “замороженными” в неравновесных конформациях.

Ориентация распределена в продольном и поперечном сечении

детали неравномерно. В результате возможности релаксации в

начальные моменты впуска материала в прессформу ориентация

уменьшена (отсутствие давления и неполный контакт с прессформой).

Далее при двухмерном течении (к стенкам прессформы и вглубь ее) по

радиусу и длине ориентация неравномерна, а ее характер

распределения определяет режим течения.

Эксплуатационные свойства изделий из аморфных полимеров

существенно зависят от степени ориентации в процессе формования:

упорядоченная при ориентации структура полимера приводит к

увеличению прочности в направлении течения и уменьшению прочности в

направлении перпендикулярном течению материала, образованию

внутренних напряжений. Это может приводить к растрескиванию

изделий, образованию микротрещин (ухудшению оптических свойств,

помутнению, появлению серебрения) особенно в местах спая встречных

потоков материала, короблению, снижению размерной стабильности.

4.2.3. Особенности формования кристаллизующихся полимеров

При формовании изделия, расплав полимера кристаллизуется в

результате теплопередачи его тепла более холодным стенкам

прессформы. Скорость охлаждения в разных слоях различна: в слоях,

касающихся прессформы - наибольшая, в средних слоях - наименьшая.

Скорость охлаждения и напряжение сдвига существенно влияют на

структурообразование. Выделяют две предельных скорости охлаждения

V(пр и V(пр (рис.12) и два предельных напряжения сдвига ((пр и ((пр

(рис.13), которые условно разграничивают зависимость размеров и

структурных образований на три участка. При охлаждении с высокими

скоростями, больше V(пр, кристаллизация материала сопровождается

только образованием зачатков кристаллитов и ламелярных образований;

при охлаждении с низкими скоростями, ниже V(пр, в полимере

формируются развитые сферолиты; при охлаждении спромежуточной

скоростью, в пределах V(пр - V(пр, формируются промежуточные

структурные образования, пропорционально скорости охлаждения.

Охлаждение расплава полимера при низких напряжениях сдвига, меньше

((пр, практически не создает деформированных сферолитов, они

симметричны; при деформировании с высокими напряжениями сдвига,

выше ((пр (рис.13), формируются сноповидные или стержневые

образования (вытянутые в направлении течения); при промежуточных

напряжениях сдвига в процессе формования (((пр - ((пр) получают

ориентированные сферолиты, степень ориентации зависит от напряжения

сдвига.

Формирование слоевой структуры проявляется из-за интенсивного

охлаждения и больших сдвиговых напряжений особенно при литье под

давлением. Поэтому структура деталей сложная. В поперечном сечении

детали выделяют три структурные области, формируемые в три основных

периода процесса литья под давлением (рис.14).

Первая структурная область - поверхностная оболочка (б),

образуется в период заполнения прессформы; вторая область - средний

слой ( ( ), формируется в период нарастания давления и выдержки под

давлением; третья область - центральный слой (( ), образуется в

период спада давления. Поверхностная оболочка может состоять из

трех слоев (рис.14): первый слой - наружный - состоит из

кристаллитов или ломелярных образований, она образуется при быстром

охлаждении расплава и ориентации расплава при значительных

напряжениях сдвига: слои материала в потоке поворачиваются и

растягиваются - ориентируются; а при соприкосновении со стенками

прессформы достигнутая ориентация фиксируется; средний слой

(рис.14) - зона неразвитых сферолитов, которые либо слабо

деформированы - ориентированы, либо недеформированы, так как эти

слои охлаждаются со средними скоростями ( интервал V(пр - V(пр),

причем сферолитные образования , проходящие с низкими напряжениями

сдвига получают недеформированными, а при напряжениях сдвига ((пр >

( > ((пр получают несимметричные - ориентированные

сферолиты;центральный слой возникает при заполнении прессформыс

высокими напряжениями сдвига, более ((пр, здесь получают

сноповидные сферолиты - ориентированное состояние.

Средняя зона может состоять из двух слоев с различными

размерами сферолитов (рис.14): в наружном слое этой зоны,

охлаждающемся со скоростью больше V(пр возникают неразвитые

сферолиты, внутренние слои охлаждаются с меньшими скоростями,

меньшими V(пр, и поэтому в ней возникают развитые сферолитные

образования ( в это время, в период подпитки, низкие скорости

течения и низкие напряжения сдвига). В случае литья материала в

подогретую форму образуется одна зона, а скорость охлаждения в

различных слоях зоны ниже предельной V(пр.

Центральная зона может состоять также из двух зон (рис.14).

Эта зона образуется при охлаждении с низкими скоростями охлаждения

и почти без сдвиговых напряжений, поэтому она состоит из развитых

неориентированных сферолитов. Образование двух слоев определяют

условия формования: наружный слой - без микропор, внутренний с

микропорами; при охлаждении под давлением микропоры не возникают,

при частичном охлаждении под давлением в незатвердевшем до снятия

давления материале в результате усадки возникают микропоры.

Механические свойства изделий из кристаллизующихся полимеров

связаны со слоевой структурой. Зоны центральная и средняя по

механическим свойствам мало отличаются. Поверхностная зона

оказывает решающее значение на свойства изделия и ее учитывают в

расчетах на работоспособность в зависимости от структуры.

Влияние технологических параметров на слоевую структуру

изделий

Эти параметры влияют на структуру, размеры слоев и зон изделий

из кристаллизирующихся полимеров и их свойства. Требуемую структуру

с заданными размерами зон и слоев в зависимости от условий

эксплуатации изделия можно получить путем выбора технологических

параметров.

Толщина поверхностной зоны зависит от температуры материала То

и прессформы Тф и времени ее заполнения. Увеличение То и Тф

уменьшает толщину этой зоны, а увеличение времени заполнения

увеличивает ее. Толщина средней зоны также будет меньше при

повышении То и Тф и времени впуска; повышение давления Р и времени

выдержки увеличивают толщину средней зоны. Толщина центральной зоны

увеличивается с увеличением То и Тф и практически не зависит от

заполнения, давление оказывает незначительное влияние на нее.

4.2.4. Температурно-временная область переработки полимеров

Эту область необходимо выбирать с таким расчетом, чтобы

процесс переработки был стабильным и изделия получали со

стабильными показателями качества. Эти показатели получают при

назначении температуры и времени переработки в таких пределах,

когда возможно полное исключение колебания вязкости полимера из-за

термоокислительной и гидролитической деструкции.

Температурно-временную область переработки полимера определяют

по зависимости термостабильности от температуры (или начала

деструкции материала при выдержке); в этом случае строят

температурно-временную область переработки полимера без протекания

деструкции ( термоокислительной или гидролитической); на рис.15

рихована область переработки. В технологической практике возможно

отклонение температуры на 10-15 К, поэтому фактически задают

температуру переработки ниже на 10-15 К. Время действия температуры

в литьевом оборудовании определяют по уравнению:

tт=tц*m/mo, где m и mo - масса материала в нагревательном

цилиндре и масса материала одной детали, tц - время цикла

(специально рассчитывают).

Здесь возникает возможность характеризовать перерабатываемость

полимера интервалом температур (между максимальной и минимальной,

рис.15). С учетом всех технологических условий для надежной

переработки период термостабильности полимера в этом температурном

интервале должен быть не менее 15 мин. При этом условии наибольшую

температуру задают при периоде термостабильности 15 мин.

Полимер хорошо перерабатывается при интервале температур Тмах

- Тмин = (Т > 50 К, удовлетворительно, если (Т = 30-50 К и трудно

при (Т < 30 К.

Для обеспечения качества изделий при переработке

нетермостабильных полимеров ((Т < 30 К) необходимо использование

марочного ассортимента полимеров по вязкости, позволяющего строго

регламентировать температурный режим формования. При переработке в

узлах машины и инструмента не должно быть застойных зон, а после

остановки оборудования должны тщательно очистить все узлы от

оставшегося материала, так как в местах длительного температурного

воздействия возможна деструкция материала.

4.2.5. Характеристика способов горячего формования

Литье под давлением применяют для изготовления деталей из

термо- и реактопластов.

При литье под давлением (рис.16) материал в гранулированном

или порошкообразном виде поступает в пластикационный цилиндр

литьевой машины, где прогревается и перемешивается вращающимся

шнеком (в шнековых машинах). В поршневых машинах пластикация

осуществляется только в результате прогрева. При переработке

термопластов цилиндр нагревают до 200-350 С, при переработке

реактопластов до 80-120 С. Пластифицированный материал при

поступательном движении шнека или плунжера нагнетается в литьевую

форму, где термопласты охлаждаются до 20-120 С (в зависимости от

марки), а реактопласты нагреваются до 160-200 С. В прессформе

материал выдерживают под давлением для уплотнения, что значительно

снижает усадку при охлаждении вне формы.

Объем изделий ограничивается объемом материала, который может

быть вытеснен червяком или поршнем при наибольшем ходе.

В разновидности метода, называемом ИНТРУЗИЕЙ, возможно на той

же машине изготовить изделия значительно большего (в 2-3 раза)

объема. При обычном режиме литья под давлением материал

пластицируется вращающимся червяком, а нагнетается в форму

невращающимя червяком при поступательном его движении. При интрузии

пластикационный цилиндр снабжается соплом с широким каналом,

позволяющим материалу перетекать в форму при вращении червяка до

начала его поступательного двидения. Общая длительность цикла не

увеличивается благодаря частичному совмещению отдельных переходов.

Метод отличается высокой производительностью.

Литье под давлением термопластов и реактопластов имеет

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5