Статьи

Принципы литья пластмасс  26.02.2013 01:16

Литьевое прессование смол (Resin Transfer Molding, RTM) и технология SRIM — это две технологии литья жидкой реакционной смеси (LCM) в формы для литья пластмасс, которые успешно исполь­зуются для производства средне- и крупногабаритных пластмассовых изделий, а также деталей не­большого веса и с высокими эксплуатационными характеристиками. В этих процес­сах препрег предварительно устанавливается в закрытую оснастку ( форма для литья) для про­питки низковязкими жидкими смолами. Реагенты либо впрыскиваются, либо закачиваются в  форму для литья под давлением. Технологии различаются:

• используемыми реагентами;

• оборудованием для смешения и впрыска;

• требованиями к форме для литья;

• длительностью цикла;

• объемом наполнителя и производительностью.

В общем случае технологические процессы начинаются с подготовки препрега и его установки в закрытую форму для литья, после предварительного смешения осуще­ствляется впрыск (подача) под давлением реагентов  и насыщения пре­прега отверждающейся смолой. Затем отвердевшее готовое изделие извлекается из  формы для литья пластика.


Рис. Форма для литья пластика

В обоих технологиях используется широкий набор армирующих веществ: тка­ные и нетканые волокна, штампованные матрицы из длинных упорядоченных волокон, матрицы с произвольным распределением длинных и коротких волокон, двух-п трехмерные плетеные изделия, гибридные препреги, изготовленные из слоев, раз­личающихся по своей структуре, и др.

Выбор конструкции препрега зависит от необходимых эксплуатационных свойств, условий переработки и стоимости изделия из пластмассы.

Основным отличием RTM-литъя от технологии является механизм акти­вации смол. Это приводит к различию по таким параметрам, как время запол­нения и продолжительность цикла, способ смешения и впрыска, фракционный со­став и армирующая конструкция, требования к  форме для литья и производитель­ность. Если быть более точным, то химические системы, которые используются в описываемых технологиях литья пластмасс, могут быть грубо разделены на два типа: с терми­ческой активацией и активацией смешением. Смолы, используемые в RTM-литье пластмасс, относятся к категории термоактивируемых, а в SRIM-технологии, — к активируе­мым смешением.

Заметной реакции между термоактивируемыми смолами при температуре их хранения нет. Ее ускорение начинается при повышении температуры стенок литье­вой формы. Время заполнения формы для литья в технологии может достигать 15 мин, а время цикла — нескольких часов, в зависимости от смолы и назначения го­тового пластикового изделия. Замедление заполнения формы для литья и скорости реакции могут быть свя­заны с необходимостью заполнения большей по объему формы и использованием препрега сложной формы. Кроме того, низковязкие смолы и замедленные скорости впрыска не требуют высокого давления и большого усилия смыкания пресс-фор­мы для литья пластмасс. В результате технология дает возможность использовать «мягкую» осна­стку ( форма для литья пластика).


Рис. Литьевое прессование (форма для литья)

В технологии химическая реакция активируется за счет принудительного смешения двух высокоактивных химических компонентов в смесительной головке под высоким давлением. Смола начинает отвердевать по мере насыщения препрега и формирования матрицы из композиционного материала. Из-за быстрой скорости ре­акции и быстрого повышения вязкости препрег должен быть заполнен в течение не­скольких секунд, а время всего цикла составляет не более 1 мин. Объемное содержа­ние и структура армирующего вещества должны быть тщательно подобраны, чтобы облегчить быстрое и полное заполнение формы для литья пластика до начала гелеобразованая.

Обработка препрегов в автоклаве традиционно была основной технологией произ­водства легких композитных деталей в аэрокосмической промышленности. Этот процесс, однако, очень дорогой, требует больших затрат и ручного труда. Традици­онные же технологии литья могут использовать только литьевые формы для литья пластмасс малого объ­ема с армированием короткими волокнами. Поэтому литьевое прессование смол и структурное реакционное литье пластмасс — это перспективная альтернатива производства деталей в специальных отраслях промышленности.

Вместе с этим к другим преимуществам RTM и SRIM относится возможность использования технологии литья пластмасс при низком давлении. Хотя давление впрыска меняется в зависимости от проницаемости препрега, геометрии пластикового изделия и скоро­сти впрыска, типичное давление впрыска составляет от 70 до 140 кПа для малых скоростей впрыска и небольшой объемной доле армирующего наполнителя (от 10 до 20%). При большой скорости впрыска и высоком содержании армирующего на­полнителя (от 30 до 50%) давления впрыска лежат в диапазоне от 700 до 1400 кПа [105]. Кроме того, в технологиях RTM и SRIM используются закрытые  формы для литья пластмасс, которые уменьшают или вообще не допускают опасных испарений. К дру­гим преимуществам относятся высокая точность воспроизводимости толщины пластиковых изделий, а также минимальная дополнительная обработка (обрезание неровных краев).

Недостатки

Технологии RTM и SRIM больше подходят для изготовления пластмассовых изделий сложной геометрии с большими габаритными размерами, у которых небольшое число сложных деталей поверхности. Такие сложные элементы, как канавки, пазы или шлицы, а также ребра или бобышки нелегко выплавить из-за трудностей, связанных с подго­товкой препрегов и установкой их в литьевые формы для литья пластика. Вместе с этим очень сложно без специальных мер обеспечить высокое качество поверхности при исполь­зовании стандартных марок смол и изделий с армированной структурой.

Материалы

За исключением нескольких марок смол, в технологии RTM в основном предпочте­ние отдается сложным полиэфирам из-за их невысокой стоимости. С другой сторо­ны, к обычным смолам, которые используются в технологи SRIM, можно добавить уретан, акриламат и дициклопентадиен. Кроме того, это эпоксидные, виниловые эфиры, гибрид акриловой кислоты/сложного полиэфира и виниловые эфиры метилметакрилата.

Типичные варианты применения

В основном технологии RTM и SRIM применяются для изготовления деталей в авто­мобилестроительной промышленности (панели открытых решеток, кожухи, насти­лы для пола, дверей и структурных поперечных балок), спортивного инвентаря, а также для компонентов, используемых в судостроении, медицине, строительстве и химической промышленности.

Комментарии

Комментариев пока нет