Преимущества внутренних смазок при литье под давлением

Возможно, когда-нибудь – при переработке «правильных» материалов на «правильных» термопластавтоматах (ТПА) в «правильной» форме – и удастся решить все проблемы литья пластмасс под давлением, обеспечив идеальное 100%-е качество и минимальную себестоимость продукции. Однако имеющиеся на предприятии ТПА должны надежно работать уже сейчас, в условиях современных реалий. О том, как с минимальными затратами приблизиться к «идеалу», свидетельствуют несколько наглядных практических примеров применения совсем небольшого количества внутренних смазок в составе перерабатываемых полимерных материалов (ПМ).

Многие проблемы литья под давлением, ведущие к браку и непредвиденным расходам, связаны с неполным заполнением формы расплавом ПМ. Причины могут быть самые различные. Это и недостаточная текучесть расплава, и сложная конструкция изделий, имеющих различную толщину стенок, и трудности распределения расплава по разветвленной системе литниковых каналов, и переход с одного материала на другой, например, при смене красителя, и наконец, имеющийся в распоряжении ТПА, который не способен обеспечивать требуемый режим литья. Однако это все, что на сегодняшний момент есть на предприятии, а дорабатывать литьевую форму или (страшно подумать) покупать новый ТПА нет ни времени, ни дополнительных средств.

Но, к счастью, решить эти проблемы можно с помощью добавок, в частности внутренних смазок (лубрикантов), которые облегчают не только процесс литья, но и извлечение изделий из формы. Компания Croda Polymer Additives (Великобритания) запатентовала под общей торговой маркой IncroMold ряд олеохимических соединений, предназначенных для улучшения процесса литья под давлением. Вводить их в состав литьевого ПМ можно непосредственно перед впрыском в форму – при пластикации компаунда в материальном цилиндре ТПА, в виде композиции на основе жидкого носителя или в виде заранее приготовленного суперконцентрата (masterbatch). Добавка IncroMold F предназначена для облегчения литья полиэтилена (ПЭ) и полипропилена (ПП) при температурах Т до 230 °C, IncroMold S – для литья ПЭ, ПП при Т до 270 °C и IncroMold T – для литья полиамида и других

инженерно-технических ПМ при Т до 300 °C. Имеются и другие специализированные добавки, которые разрабатывались для отдельных видов материалов и изделий. Например, IncroMax 100, разработанная специально для полиэтилентерефталата (ПЭТ), который находит широкое применение в производстве упаковок и бутылок. Далее более подробно будет показана эффективность применения указанных добавок в составе различных ПМ применительно к следующим стадиям и аспектам литья под давлением:

  • течение расплава;
  • извлечение отливок из формы;
  • уменьшение коэффициента трения у готовых изделий;
  • снижение себестоимости продукции.

 

 

Течение расплава

С точки зрения производительности литья под давлением скорость впрыска и течения расплава в форме в идеале должна быть максимально высокой. Однако для обеспечения необходимых механических свойств будущего изделия может потребоваться более медленная его подача. Снижение скорости течения расплава может быть связано и с уменьшением его текучести из-за использования наполнителей, в роли которых могут выступать и красители. Плохая совместимость твердых частиц наполнителя с полимерной матрицей может еще более повысить вязкость расплава, что серьезно затрудняет процесс литья. Повысить текучесть расплава можно путем увеличения его температуры в материальном цилиндре узла впрыска ТПА, но не всегда это возможно.

Кардинально решить задачу улучшения текучести расплава ПМ позволяет внутренняя смазка, которая вовсе не обязана иметь абсолютную совместимость с основным полимером и не должна растворяться в нем. Достаточно того, чтобы она имела хорошую совместимость с частицами наполнителя или красителя для повышения их смачиваемости и улучшения их совместимости с полимерной матрицей.

Был рассмотрен пример влияния добавки IncroMold S в составе ПП, наполненного 20% карбоната кальция, на скорость вытекания расплава из узкого капилляра прямоугольного сечения (18×1,2 мм) длиной 150 мм при температуре 245 °C и различной скорости вращения шнеков в коническом двухшнековом экструдере, использовавшемся для подачи расплава, – 50 и 100 об/мин. Оказалось, что введение мизерного количества IncroMold S (0,25%) повысило скорость вытекания на 31 и 14% соответственно.Дополнительными преимуществами применения подобных смазок помимо повышения скорости течения расплава и улучшения заполнения формы являются более легкий обратный ход шнека для набора новой дозы и более равномерное распределение частиц наполнителя и пигмента в объеме перерабатываемого ПМ.

Извлечение отливок из формы

Многие ПМ в расплавленном состоянии имеют довольно хорошую адгезию к металлической поверхности оформляющего гнезда формы, что затрудняет извлечение отливки изделия. Сложность конструкции изделия и соответственно оформляющего гнезда усугубляет эти трудности. Чтобы справиться с ними, на оформляющую поверхность периодически наносят антиадгезионную смазку (например, силиконовую), однако эту процедуру приходится часто повторять. Кроме того, загрязнение поверхности изделия силиконом и другими компонентами смазки часто приводит к последующим проблемам с нанесением печати.

Использование внутренней смазки IncroMold позволяет исключить указанную процедуру, снижая усилие выталкивания отливок из формы и одновременно повышая качество их поверхности для возможного последующего нанесения печати. Кроме того, эта добавка предотвращает прилипание расплава ПМ к рабочим поверхностям материального цилиндра и шнека в узле пластикации и впрыска ТПА и облегчает их очистку. С помощью датчика, установленного непосредственно на торце выталкивателя, было установлено, что добавки IncroMold в составе ПЭВП на 30 – 50% снижают усилие выталкивания Fвыт отливки из формы. Причем переход на литье материала с добавкой IncroMold S позволяет моментально снизить значение Fвыт. Кроме того, благодаря снижению усилия выталкивания менее заметным на отливках выглядит отпечаток от выталкивателя, а их поверхность становится более гладкой. Еще одним примером на ту же тему служит добавка IncroMax 100, разработанная специально для ПЭТ и показавшая прекрасные результаты, позволив снизить усилие выталкивания отливки на 60% – с 500 до 200 Н.

 

 

Преимущества в готовых изделиях

После охлаждения изделие извлекается из формы со слоем смазки на своей поверхности толщиной буквально в несколько молекул, но этого уже достаточно, чтобы существенно снизить коэффициент трения. Такие изделия имеют ряд функциональных преимуществ, таких как повышение плотности их упаковывания в контейнерах для последующей транспортировки, повышенная сопротивляемость к образованию царапин и истиранию, улучшенные антифрикционные свойства, что важно, например, при отворачивании колпачков бутылок с напитками или при сборке изделий, состоящих из отдельных деталей. Примером из практики может служить кран, собираемый из двух литьевых деталей – поворотной пробки и втулки, изготавливаемых из ПП и ПЭВП с добавкой IncroMold S в количестве 0,6%. Снижение осевого усилия их сборки более чем на 30% означает, что эти детали можно легко и без повреждения собрать, а в процессе открывания крана не потребуется большого усилия для поворота. Помимо этого, устраняется и связанный с шероховатостью поверхности шум при открывании и закрывании крана.

Снижение себестоимости продукции

Безусловно, важно, чтобы детали, получаемые методом литья под давлением, были приемлемы по стоимости, поскольку иначе достаточной прибыли не получить. Конечно, любые добавки увеличивают стоимость материала в статье расходов на изделие, однако применение внутренних смазок может более чем компенсировать эти затраты и принести значительное сбережение средств за счет снижения времени цикла, процента брака и повышения упаковочной плотности изделий, что снижает транспортные расходы.

Заключение

Технология литья под давлением еще далека от совершенства, так что место улучшениям найдется всегда, и при внимательным выборе материала, оборудования и формы можно добиться существенного прогресса. Не меньше возможностей открывает использование специальных добавок, совершенно незначительные количества которых могут дать значительные преимущества на всех стадиях литья под давлением и после него – как в производительности процесса, так и в качестве продукции. Добавки IncroMold и IncroMax уже доказали свои преимущества в возможности увеличения скорости литья, в равномерности распределения наполнителя и красителя, в облегчении извлечения изделий из формы и обеспечении их потребительских свойств, включая качество поверхности. При этом отмечаются существенная экономия средств, повышение производительности процесса и качества изделий.