Жидкофазное прессование термопластов и реактопластов: методы, стадии, технологии

Прессование – это процесс обработки материала давлением с целью придания ему плотности, монолитности и заданной формы. Прессование может быть прямое и литьевое.

При прямом прессовании давление, создаваемое пуансоном, прикладывается непосредственно к материалу, загружаемому в матрицу. Прямое прессование применяется при изготовлении изделий значительной массы и объёма, с большой толщиной стенок, а также при переработке низкотекучих высоконаполненных композиций.

При литьевом прессовании предварительно нагретый (пластифицированный) материал передавливается через литниковые каналы в замкнутую форму под давлением, создаваемым пуансоном и действующим на материал в загрузочной камере. Литьевое прессование применяется для изготовления изделий сложной конфигурации с небольшой толщиной стенок и когда предъявляется повышенное требование к точности размеров изделия. Кроме того, литьевое прессование допускает использование многогнездовых форм с различной литниковой системой. Это наиболее распространённый способ для получения изделий из многих полимеров и композитов на их основе ПЭТФ, ПК, ПА, ПММА, ПЭНП, ПЭВП, ПП, ПС, УПС, ПВХ. Литьевое формование осуществляется в при помощи термопластавтоматов (ТПА), также называемых с времён СССР литьевыми машинами.

Прессование термопластов (прямое прессование, холодное прессование)

Это старейший метод переработки термопластов, но в последние годы его применение ограничено и связано это с длительностью процесса. Технологический цикл занимает от 1 часа до 2 часов, а при литье под давлением - несколько минут. Поэтому термопласты перерабатываются этим методом в случае получения толстых листов или блоков (в том числе оптически прозрачных).

Жидкофазное прессование (горячее прессование, литьевое прессование, литьё под давлением, инжекционное формование)

Этим методом получаются изделия из термо- и реактопластов, а также резиновых смесей. Метод заключается в пластическом деформировании материала при совместном воздействии тепла и давления с последующей фиксацией формы изделия в результате:

• процесса отверждения при формовании реактопластов;
• вулканизации при формовании резиновых изделий;
• охлаждении под давлением ниже температуры стеклования для термопластов.

Прессование реактопластов

При прессовании реактопластов не нагретый или предварительно нагретый материал помещается в пресс-форму. Технологический процесс состоит из следующих стадий:

• предварительный нагрев материала;
• загрузка материала в матрицу;
• смыкание пресс-формы (в результате опускания);
• подпрессовка (при необходимости);
• выдержка под давлением и отвержение;
• размыкание пресс-формы;
• извлечение изделия;
• очистка пресс-формы.

Предварительный нагрев

Первый способ

Преднагрев в сушильных шкафах (камерах). Нагрев осуществляется за счёт конвекционной теплопередачи от горячего воздуха к материалу. Процесс длителен и энергоёмок. Применяется, если материал диэлектрик или при нагреве прозрачных материалов.

Второй способ

Нагревание в высокочастотных установках. Материал в виде таблеток помещают между пластинок (обкладок) конденсатора, к которому прикладывается напряжение. Частота колебаний генератора 40-80 мГц. Прикладываемое напряжение должно быть меньше напряжения пробоя материала.

Напряжение, создаваемое между обкладками конденсатора равняется напряжению поделенное на расстояние между пластинами. (E=U/H)

Некоторые полимеры, такие как полистерол, ПЭ, фторопласт, данным методом нагреваться не могут. Полярные полимеры (ПВХ, фенольные смолы) достаточно быстро приобретают нужную температуру при нагреве токами высокой частоты. Способность полимеров нагреваться данным методом оценивается по формуле: произведение диэлектрической проницаемость и тангенса угла диэлектрических потерь материала. Чем больше это произведение, тем больше способность материала нагреваться токами высокой частоты. Этот метод достаточно эффективен, несмотря на большие потери в окружающую среду, КПД этого метода составляет 0,4 – 0,6.

Эффективны пресс-порошки, которые за 20-30 секунд приобретают температуру 120-130 градусов Цельсия. Имеет значение наполнитель. Так фенольные смолы, наполненные древесной мукой, нагреваются при частоте генератора 40 мГц, а наполненные слюдой – 80 мГц.

Третий способ

Предварительный нагрев с помощью инфракрасных нагревателей. Самые распространенные инфракрасные нагревательные элементы для прессования: керамические ик излучатели и кварцевые ик излучатели (трубчатые одинарные или кассеты-панели на основе трубок). При нагреве инфракрасных излучателей до высокой температуры они излучают электромагнитные волны, которые поглощаются непрозрачными телами, при этом лучистая энергия переходит в тепловую.

Таким способом нельзя нагревать прозрачные полимеры. При применении инфракрасного нагрева интенсивность излучения зависит от мощности излучателя, от количества поглощённой энергии, от степени черноты нагреваемого полимера и от расстояния до излучателя.

Если пресс оборудован шнековыми пластикаторами, то нагрев осуществляется за счёт нагрева шнека и тепловых процессов, протекающих в канале шнека.

Применение преднагрева позволяет повысить текучесть материала, следовательно, процесс можно вести при более низком давлении и меньшей продолжительности. Кроме того, при предварительном нагреве удаляются летучие и сорбированнная вода.

Загрузка материала в пресс-форму и её смыкание

На пресс-формах автоматах и машинах непрерывного прессования загрузка осуществляется автоматически. Таблетированные материалы загружаются по числу таблеток, для порошкообразных применяется весовое и объёмное дозирование.

Смыкание пресс-форм осуществляется в результате опускания пуансона, который закреплён на подвижной плите пресса. Если материал высокотекучий, то при соприкосновении пуансона и материала скорость падения пуансона должна быть снижена.

Подпрессовка

При прессовании предварительно нагретых материалов, подпрессовка позволяет удалить летучие. Если прессуются предварительно преднагретые материалы, то процесс поликонденсации идёт быстро, поэтому открытие формы необходимо сразу после процесса её закрытия.

Если прессуется материал, предварительно нагретый до низкой температуры (до процесса протекания поликонденсации), то до открытия пресс-формы должно пройти какое-то время.

Выдержка под давлением проводится в течение времени, необходимого для отверждения изделия. Прессование производится при необходимом удельном давлении. Удельным давлением называется эффективное усилие пресса, приходящееся на единицу площади прессования. Чем выше текучесть материала, тем меньше удельное давление прессования.

Если перерабатываются высокотекучие системы, то после закрытия пресс-формы не набирается высокое давление, то есть в начале позволяет полимеру достигнуть некоторой степени отвержения. Это предотвращает выброс полимера, позволяет лучше заполнить форму. После достижения некоторой степени отвержения, подаётся рабочее давление прессования.