TermoplastisksMateriāli- Raksturlielumi un īpašības. Termoplastiskie materiāli tiek iedalīti divās galvenajās kategorijās, pamatojoties uz to karstumizturību un īpašībām: karstumizturīga-termoplasta un vispārēja-termoplasta.
Plastmasas veidi un īpašības:
△Plastmasas termodinamiskās izmaiņas
Karstumizturīgu -termoplastu var veidot fiksētas-formas plastmasas detaļās augstā temperatūrā un saglabāt nemainīgu formu pēc atdzesēšanas. Ja tos atkal karsē, tie var kļūt mīkstāki un plūst, un, atkārtoti apstrādājot, atkal var tikt veidoti fiksētas -formas plastmasas daļās - tas ir atgriezenisks. Tā kā termoplastiskajos materiālos liešanas procesā netiek veiktas būtiskas ķīmiskas izmaiņas, lūžņu materiālus var pārstrādāt un izmantot atkārtoti, ko sauc par "sekundāro materiālu" vai "pārslīpētu".
Termoplasti formēšanas laikā piedzīvo fiziskas izmaiņas, kas nozīmē, ka karsējot tās vienkārši nevar mainīt sākotnējo stāvokli, bet paliek amorfas un nespēj plūst pēc atdzesēšanas. Tāpēc termoplastiskus materiālus nevar atkārtoti karsēt un pārveidot, tāpēc termoplastisko materiālu lūžņus parasti nevar izmantot atkārtoti.
Šajā grāmatā galvenokārt ir apskatīta "plastmasa" -, izņemot gumiju, kas arī ir termoplastisks materiāls.
Salīdzinājumā ar plastmasas liešanas procesiem, lai gan iesmidzināšanai ir dažādas unikālas iespējas un priekšrocības, tai ir arī daži raksturīgi defekti un trūkumi. Izpratne par plastmasas iesmidzināšanas formēšanas galvenajām liešanas īpašībām ir priekšnoteikums un garantija pareizai veidņu konstrukcijai un veidņu detaļu kvalitātes uzlabošanai.
(1) Saraušanās
Neatkarīgi no tā, vai plastmasas daļas var uzturēt izmēru stabilitāti normālos temperatūras apstākļos, kad tās tiek izlietas no veidnes dobuma un atdzesētas līdz istabas temperatūrai, izmērs būs nedaudz mazāks par oriģinālo veidnes dobumu. Šo raksturlielumu sauc par saraušanos, ko var kompensēt, kontrolējot formēšanas temperatūru.
Šo saraušanos izraisa ne tikai pašas plastmasas termiskā izplešanās un saraušanās, bet arī tā ir saistīta ar dažādiem liešanas procesa apstākļiem un veidņu konstrukcijas faktoriem. Pēc plastmasas atdzesēšanas detaļas saraušanās ātrums ir formēšanas saraušanās, ko var samazināt vai uzlabot, pielāgojot procesa parametrus vai nelielas izmaiņas veidnes dobuma izmērā.
Plastmasas daļas pēc formēšanas kādu laiku tiek pakļautas sekundārai saraušanai, ko dēvē arī par pēc-formēšanas saraušanos,saglabājot vienādus formēšanas apstākļus:
① Plastmasas detaļu saraušanās nav vienmērīga. Sakarā ar to, ka plastmasas termiskās saraušanās ātrums mainās atkarībā no fizikālajiem un ķīmiskajiem apstākļiem dažādās iekšējās daļās, plastmasas detaļu saraušanās ātrums pēc atdzesēšanas līdz istabas temperatūrai atšķiras pēc izmēra un nav pilnīgi vienmērīgs. Tāpēc plastmasas detaļu formēšanas izmēru precizitātei ir jābūt noteiktiem ierobežojumiem, un precizitāte ir atbilstoši jāuzlabo, izmantojot veidņu dizainu.
② Plastmasas detaļu saraušanās pēc- Formēšanas procesā dažādu iekšējo spriegumu, ķīmisko reakciju un dažādu ārējo spēku - galvenokārt formēšanas spiediena - dēļ plastmasas daļa turpina pastāvēt pēc formēšanas ar atlikušo spriegumu. Pēc formēšanas dažādu atlikušo sprieguma efektu dēļ plastmasas daļas izmērs turpina nedaudz mainīties pēc ražošanas. Parasti lielākā daļa formēto detaļu stabilizējas 10 stundu laikā pēc formēšanas un pamatā stabilizējas pēc 24 stundām, taču ir nepieciešamas vairāk nekā 10 dienas, lai tās pilnībā stabilizētu.Pievēršot uzmanību un veicot atbilstošus formēšanas pasākumusir galvenais, lai kontrolētu saraušanos pēc-veidošanas.
Lai stabilizētu plastmasas detaļu galīgos izmērus pēc formēšanas, dažreiz pēc formēšanas ir nepieciešama termiskā apstrāde. Termiskā apstrāde ļauj uzturēt termoplastu noteiktā temperatūrā, izraisot mīkstināšanu; Ārējo spēku noņemšana uz formēšanas saraušanos ļauj pēc formēšanas nodrošināt pareizu iekšējo kompensāciju, kas var samazināt formētās daļas izmērus augstākās formēšanas temperatūrās.
③ Plastmasas detaļu virziena saraušanās. Formēšanas procesā polimēru orientācijas efekts plūsmas virzienā izraisa anizotropiju plastmasas daļā. Daļas saraušanās neizbēgami atšķirsies atkarībā no materiāla plūsmas virziena: parasti saraušanās ir lielāka un stiprība ir lielāka materiāla plūsmas virzienā, savukārt saraušanās ir mazāka un izturība ir mazāka virzienā, kas ir perpendikulārs materiāla plūsmai. Vienlaikus piedevu nevienmērīgā sadalījuma un blīvuma dēļ dažādās plastmasas daļas daļās saraušanās ir arī nevienmērīga, kā rezultātā rodas diferenciāla saraušanās un plastmasas daļa ir pakļauta deformācijai, deformācijai un pat plaisāšanai.
(2) Šķidrums
Formēšanas procesā plastmasas spēju aizpildīt veidnes dobumu noteiktā temperatūrā un spiedienā sauc par plastmasas plūstamību. Šis ir unikāls visaptverošs tehniskais indikators iesmidzināšanai. Formēšanas periodā uzmanība jāpievērš veidnes dobuma izmēriem un ar to saistītajiem parametriem. Ja formēšanas spiediens ir pārāk liels vai pārāk mazs, jāņem vērā arī plūstamības ietekme.
Šķidruma lielumam ir būtiska saistība ar plastmasas molekulāro struktūru. Plastmasām ar lineāru molekulāro struktūru vai mazāku molekulmasu ir mazāk šķēršļu molekulārajai plūsmai, kā rezultātā ir lielāka plūstamība. Pievienojot pildvielas plastmasai, plūstamība palielinās, palielinoties pildvielu saturam. Dažādu konstrukcijas faktoru un formēšanas procesa apstākļu ietekme uz plastmasas plūstamību attiecas arī uz polimēru savienojumu plūstamību.
Plastmasas plūstamība nav nemainīga vērtība, un veidņu dizains to var lielā mērā pielāgot. Ja plastmasas plūstamība ir laba, tas ne vienmēr nozīmē, ka visi iesmidzināšanas liešanas procesa aspekti ir gludi un apmierinoši. Un otrādi, ja plūstamība ir slikta, to var uzlabot, palielinot iesmidzināšanas formēšanas temperatūru vai spiedienu. Tomēr, ja plūstamība ir pārāk liela, plastmasas detaļu ražošanā tas var viegli izraisīt defektus, piemēram, zibspuldzi. Tāpēc liešanas procesā plastmasas materiālu izmantošanā jāņem vērā visi ietekmējošo faktoru aspekti un vispusīgi jāizvēlas piemērota plastmasa. Tikai tad var garantēt kvalitāti un atbilstoši izvēlēties formēšanas procesa parametrus un veidņu dizainu, galu galā sasniedzot kvalitātes kontroles un uzlabošanas mērķi.
Saskaņā ar parasto plastmasu plūstamību veidņu konstrukcijas prasībām, termoplastiskās iesmidzināšanas liešanas plūstamības klasifikāciju parasti var iedalīt trīs kategorijās:
① Laba plūstoša plastmasa: piemēram, neilons, polietilēns, polipropilēns, polistirols, akrils, celulozes acetāta butirāts un polioksimetilēns.
② Vidējas plūstošas plastmasas: piemēram, modificēts polistirols, ABS, AS, poliformaldehīds, vinilhlorīda homopolimērs un politetrafluoretilēns.
③ Slikta plūstoša plastmasa: piemēram, polikarbonāts, cietais polivinilhlorīds, polisulfons, poliimīds, aromātiskais poliesteris un fluoroplastmasa.
Galvenie faktori, kas ietekmē iesmidzināšanas plastmasas plūstamību, ir:
① Plastmasas temperatūra. Kad plastmasas temperatūra ir augsta, plūstamība palielinās atbilstoši dažādu plastmasu temperatūrai. Piemēram, polistirolam, polipropilēnam, poliamīdam, polioksimetilēnam, modificētajam polistirolam, celulozes acetātam un ABS ir ļoti jutīga temperatūras atkarība no plūstamības; polivinilhlorīdam, poliformaldehīdam un polimetilmetakrilātam temperatūras izmaiņu ietekme uz plūstamību ir salīdzinoši neliela.
② Iesmidzināšanas spiediens. Palielinot iesmidzināšanas spiedienu, var pārvarēt kausējuma plūsmas radīto pretestību un attiecīgi palielināt kausējuma piepildīšanas ātrumu, veidojot lielāku plūstamību.
③ Pelējuma struktūra. Piemēram, aizvaru sistēmas forma, vārtu atrašanās vieta un izmērs, dobuma forma, izplūdes sistēma, veidnes temperatūra, plastmasas detaļu sieniņu biezums un ieliktņu klātbūtne, ieliktņu skaits un atrašanās vieta - tie visi tieši ietekmē faktisko iepildīšanas situāciju veidnes dobumā un būtiski ietekmē plastmasas plūstamību.
(3) Siltuma jutība
Dažu plastmasu viskozitāte mainās atkarībā no temperatūras formēšanas procesā zemākā temperatūrā, un plastmasa saglabājas relatīvi stabila. Tomēr, ja temperatūra ilgstoši tiek uzturēta augstākā formēšanas temperatūrā vai plūsmas ejas šķērsgriezuma laukums ir pārāk mazs vai bīdes ātrums ir pārāk liels, palielinātas bīdes darbības dēļ var rasties tādas parādības kā krāsas maiņa, degradācija un sadalīšanās. Plastmasas ar šo raksturlielumu sauc par karstumjutīgām plastmasām-. Piemēram, cietais PVC, polivinilhlorīds, poliformaldehīds, polifluoretilēns un fluoroplastmasa. Siltumjutīgas plastmasas- sadalās un sadalīšanās laikā izdala gāzes, kas korodē veidni un ietekmē plastmasas detaļu izskatu. Turklāt to fizikālās un mehāniskās īpašības arī pasliktinās.
Ja karstumjūtīgai plastmasai-karsēšanas laikā notiek karstuma izraisīta sadalīšanās vai sadalīšanās, rodas dažādi sadalīšanās produkti, no kuriem daži ir kaitīgi cilvēka ķermenim. Veidnēm un aprīkojumam jābūt tīram. Piemaisījumi vai netīrumi var izraisīt lokālu pārkaršanu un izraisīt materiāla degradāciju.
Līdzekļi un piedevas var novērst turpmāku sadalīšanos. Piemēram, karstuma stabilizatoru pievienošana cietam PVC var uzlabot tā sadalīšanās efektu.
Ja karstumjutīgas{0}}plastmasas tiek formētas apstākļos, kad darbs tiek pārkarsēts vai notiek sadalīšanās, veidņu projektēšanas laikā ir jāveic daži pasākumi. Materiāliem var pievienot siltuma stabilizatorus vai izmantot piemērotu aprīkojumu (skrūvējamās-iesmidzināšanas iekārtas). Stingri jākontrolē formēšanas temperatūra, mucas temperatūra, sildīšanas laiks, skrūves griešanās ātrums un spiediens; un jāveic tādi pasākumi kā materiāla aiztures novēršana un aprīkojuma un veidņu piesārņošanas novēršana.
(4) Mitruma jutība
Plastmasas mitruma jutība attiecas uz jutīgumu pret mitruma sadalīšanos augstā temperatūrā un augstā spiedienā, piemēram, polikarbonātu, kas ir tipiska mitruma jutīga plastmasa. Pat ja tajā ir neliels daudzums mitruma, tas sadalīsies augstā temperatūrā un augstā spiedienā. Tāpēc mitrumjūtīgai plastmasai pirms formēšanas ir stingri jākontrolē mitruma saturs, un tām ir jāveic žāvēšana.
(5) Higroskopiskums
Higroskopiskums attiecas uz plastmasas afinitāti pret mitrumu. Pamatojoties uz to, plastmasu var plaši iedalīt divās kategorijās: viena ir plastmasa ar ūdens absorbcijas vai adhēzijas īpašībām, piemēram, poliamīds, polikarbonāts, poliesteris, ABS utt.; otrs ir plastmasa, kas neuzsūc ūdeni un nelīp pie mitruma, piemēram, polistirols, polipropilēns un polietilēns.
Plastmasām ar ūdens uzsūkšanas tendenci, ja mitruma saturs pirms formēšanas netiek noņemts un pārsniedz noteiktu robežu, tad liešanas procesā mitrums pārvērtīsies gāzē un izraisīs plastmasas sadalīšanos, kā rezultātā samazinās formētās plastmasas plūstamība, apgrūtinās formēšana un pasliktinās plastmasas detaļu virsmas kvalitāte un mehāniskās īpašības. Tāpēc, lai nodrošinātu vienmērīgu formēšanas norisi un kvalitāti, plastmasām ar lielu higroskopiskumu un saķeri ar mitrumu pirms formēšanas un žāvēšanas ir jānoņem mitrums. Uzmanība jāpievērš arī atbilstošiem stobra temperatūras iestatījumiem un iesmidzināšanas formēšanas iekārtas ārējai karsēšanai.
(6) Saderība
Saderība attiecas uz divu vai vairāku dažādu veidu plastmasu spēju neizkausētā stāvoklī nepakļaut fāzu atdalīšanai.
Ja divu veidu plastmasa nav saderīgas, kausēšanas un formēšanas procesā notiek fāzu atdalīšanās, kā rezultātā veidojas atslāņošanās, lobīšanās un virsmas defekti. Plastmasu nesaderība ir saistīta ar to molekulāro struktūru. Molekulārās struktūras, kas ir līdzīgas vai viegli savietojamas viena ar otru, ir savietojamas, piemēram, augstspiediena polietilēns un zema spiediena polietilēns, polipropilēns, kas sajaukts viens ar otru; ir grūti savietot atšķirīgas molekulārās struktūras, piemēram, polietilēna un polistirola maisījumu. Plastmasas saderību parasti sauc arī par sajaukšanos. Izpratne par šo plastmasas īpašību var palīdzēt noteikt līdzīgu vai kopīgu izejvielu savietojamību, kas ir viens no svarīgākajiem veidiem, kā uzlabot plastmasas veiktspēju.