Метод экструзии

1.  
   нагревание, плавление, стеклование и охлаждение;
2.  
   изменение объема и размеров при воздействии температуры и давления;
3.  
   деформирование, сопровождающееся развитием пластической (необратимой) и высокоэластичной деформации и ориентацией макромолекулярных цепей;
4.  
   релаксационные процессы;
5.  
   формирование надмолекулярной структуры, кристаллизация полимеров (кристаллизующихся);
6.  
   деструкция полимеров.

 
Эти процессы могут проходить одновременно и взаимосвязанно. Преобладающим  будет только один процесс на определенной стадии 
 
В процессе формования изделий полимер нагревают до высокой температуры, деформируют путем сдвига, растяжения или сжатия и затем охлаждают. В зависимости от параметров указанных процессов можно в значительной мере изменить структуру, конформацию макромолекул, а также физико-механические, оптические и другие характеристики полимеров. 
 
При охлаждении большого количества полимеров протекает процесс кристаллизации. 
 
Кристаллизация в зависимости от состояния расплава приводит к различным видам структуры. Кристаллизация из расплава полимера в равновесном состоянии без деформации приводит к образованию сферолитных структур. Центром образования таких структур является зародыш , от которого образуются лучеобразные фибриллы, состоящие из множества упакованных ламелей. Фибриллы , разрастаясь в радиальном направлении и в ширину, образуют сферообразные структуры - сферолиты. Сферолиты образуются одновременно в большом числе центров кристаллизации. На основе этого сферолиты в местах контакта образуют грани и представляют собой многогранники произвольной формы и размеров. Электронно-микроскопичес-кие исследования показывают, что фибрилла сферолитов составлена из множества ламелей, уложенных друг на друга и скрученных вокруг радиуса сферолита. 
 
Кристаллизация из расплава полимера протекает при введении в полимерный материал кристаллизаторов - зародышей. 
 
Если кристаллизация протекает под высоким давлением (300...500 Мпа) и при высокой температуре, то образуется кристаллическая структура из выпрямленных цепей; при быстром охлаждении того же расплава кристаллизация проходит с образованием сложных цепей, макромолекулы в этом случае в расплаве в виде доменов, а быстрое охлаждение не позволяет им перейти в новую конформацию, т.е. приобрести вытянутую форму. Установлено также, что с увеличением давления температура кристаллизации повышается. Практическое значение этого свойства: возможность перехода полимера непосредственно из расплава без охлаждения в квазикристаллическое состояние при повышении давления; при этом исключается течение и затормаживаются релаксационные процессы. При повышении давления образуются более мелкие сферолиты и поэтому увеличивается механическая прочность изделий. Размеры кристаллов также зависят от скорости охлаждения и температуры в процессе формования изделия. При высокой скорости охлаждения получают мелкокристаллическую структуру, так как времени на перегруппировку кристаллов недостаточно. 
 
Более крупную структуру полимера можно получить при увеличении температуры, времени выдержки и медленном охлаждении или путем предварительного нагрева расплава до более высокой температуры перед кристаллизацией.  
 
Форма кристаллов может быть изменена. Так, используя центры кристаллизации и искусственные зародыши (1-2% от массы), можно регулировать форму кристаллов. При использовании подложки-кристаллизатора у ее поверхности возникает большое количество центров кристаллизации и образуется плотно упакованный слой из перпендикулярно расположенных к поверхности кристаллов. Искусственные зародыши являются дополнительными центрами кристаллизации, форма кристалла при этом зависит от формы зародыша кристаллизации, на мелких кристаллах растут сферолитные структуры, на длинных игольчатых кристаллах - лентообразные структуры. Структурообразователями (зародышами) в этом случае являются окислы алюминия и ванадия, кварц, двуокись титана и др. Структурообразователи обычно способствуют измельчению сферолитной структуры полимера. 
 
Нестационарные условия теплопередачи и скорости охлаждения при формовании изделий из полимеров способствуют получению изделий с неоднородной структурой (более мелкие кристаллы у поверхностных слоев). 
 
В случае необходимости однородные свойства изделия можно обеспечить с помощью отжига или последующей термообработки при температуре ниже температуры плавления. При отжиге уменьшается объем изделия и повышается плотность; причем чем выше температура и больше время выдержки, тем выше плотность изделия. Термообработка целесообразна в тех случаях, когда необходимы повышенные твердость, модуль упругости, механическая прочность, теплостойкость и стойкость к циклическим нагрузкам; при этом уменьшаются относительное удлинение и ударная вязкость. 
 
Полнота протекания указанных процессов, кроме деструкции в значительной мере определяет качество готового изделия, а скорость протекания этих процессов определяет производительность способа переработки. На качество изделия в значительной степени влияет скорость протекания деструкции полимера, повышаемая термическим и механическим воздействием на материал со стороны рабочих органов инструментов при формировании. 
 
Форму изделия из термопласта получают в результате развития в полимере пластической или высокоэластичной деформации под действием давления при нагреве полимера. При переработке реактопластов формирование изделия обеспечивают путем сочетания физических процессов формирования с химическими реакциями отверждения полимеров. При этом свойства изделий определяют скорость и полнота отверждения. Неполное использование при отверждении реакционных способностей полимера обусловливает нестабильность свойств изделия из реактопластов во времени и протекание деструкционных процессов в готовых изделиях. Низкая вязкость реактопластов при формировании приводит к снижению неравномерности свойств, увеличению скорости релаксации напряжений и меньшему влиянию деструкции при переработке на качество готовых изделий из реактопластов. 
 
В зависимости от способа переработки отверждение совмещается с формованием изделия (при прессовании), происходит после оформления изделия в полости формы (литьевое прессование и литье под давлением реактопластов) или при термической обработке сформованной заготовки (при формовании крупногабаритных изделий, например, листов гетинакса, стеклотекстолита и др.). Полное отверждение реактопластов требует в некоторых случаях нескольких часов. Для увеличения съема продукции с оборудования окончательное отверждение может производиться вне формующей оснастки, так как устойчивость формы приобретается задолго до завершения этого процесса. По этой же причине изделие извлекают из формы без охлаждения. 
 
При переработке полимеров (особенно термопластов) происходит ориентация макромолекул в направлении течения материала. Наряду с различием в ориентации на разных участках неоднородных по сечению и длине изделий возникает структурная неоднородность и развиваются внутренние напряжения.  
 
Наличие температурных перепадов по сечению и длине детали ведет к еще большей структурной неоднородности и появлению дополнительных напряжений, связанных с различием скоростей охлаждения, кристаллизации, релаксации, и различной степенью отверждения. 
 
Неоднородность свойств материала (по указанным причинам) не всегда допустима и часто приводит к браку (по нестабильности физических свойств, размеров, короблению, растрескиванию). Снижение неоднородности молекулярной структуры и внутренних напряжений удается достигнуть термической обработкой готового изделия. Однако более эффективно использование методов направленного регулирования структур в процессах переработки. Для этих целей в полимер вводят добавки, оказывающие влияние на процессы образования надмолекулярных структур и способствующие получению материалов с желаемой структурой  
^ 3.4 Марочный ассортимент полимеров 
 
Марочный ассортимент полимеров создан с целью быстрого выбора вида и марки полимера для изготовления высококачественных изделий. Марочный ассортимент включает марки, различающиеся по вязкости и эксплуатационным свойствам.  
 
Марочный ассортимент по вязкости разделяют на марки, предназначенные для переработки различными методами (литьем под давлением, прессованием и др.), с повышением номера марки увеличивается молекулярная масса и, как следствие, увеличивается вязкость. Это марки базового ассортимента. Марки по вязкости модифицируют для улучшения технологических свойств: для увеличения производительности создают быстро-кристаллизирующиеся марки; для изделий сложной конфигурации - марки со смазками; термостабилизированные марки.  
 
На основе базового ассортимента марок по технологическим свойствам создают путем химической или физической модификации марки с улучшенными свойствами. Эти марки разрабатывают с такими свойствами, чтобы при рекомендуемых режимах получать качественные изделия по всем параметрам ( точности, прочности, внешнему виду и др.). В настоящее время полимерные материалы выпускают в ассортименте и поэтому для каждого изделия и способа формования можно подобрать соответствующую базовую марку полимера и, если необходимо, марку с улучшенными технологическими свойствами.  
 
Базовые марки с целью изготовления качественных изделий разделяют на группы: в зависимости от вязкости полимера и толщины S стенки изделия; в зависимости от относительной длины изделия L/S (S-длина).  
 
Все множество марок пластмасс содержит около 10000 наименований  
 
Выбор пластмасс. Основными признаками выбора пластмасс являются эксплуатационные и технологические свойства. Для ускорения процесса выбора материала используют специальные таблицы, в каждой из которых приведены марки материалов в порядке снижения среднего значения представляемого эксплуатационного свойства. Так созданы таблицы групп материалов по коэффициенту трения и износа, электрической прочности и электросопротивлению, диэлектрической проницаемости, коэффициенту светопропускания и преломления и другим признакам.

Смотрите также:

• Руководство: Технология сварки пластмасс [ стандарт ]
• Акутин М.С., Афанасьев Н.В. Теоретические основы переработки пластмасс. Часть 2 [ документ ]
• Акутин М.С., Рябушкин И.И. Технология переработки пластических масс [ документ ]
• Конструкции из дерева и пластмасс [ лекция ]
• Алпатов В.М. История лингвистических учений [ документ ]
• Технология машиностроения. Часть 1. Технология производства машин [ документ ]
• Моделирование процессов переработки пластмасс [ документ ]
• Дипломная работа - Сеть кабельного телевидения [ дипломная работа ]
• по интерфейсам ИС [ лекция ]
• Дистанционное образование [ лекция ]
• Теоретические основы машиностроения. Часть 3 [ документ ]
• Кожухина О.Н. Технология производства земляных работ [ документ ]

1.doc

1   2   3   4

 
4 Способы изготовления деталей  из пластмасс 
4.1 Классификация методов изготовления пластмасс и формование 
 
Основными операциями технологического процесса являются: подготовка материала, дозирование исходного материала, при некоторых условиях таблетирование и предварительный подогрев, затем формование и, наконец, отделочные операции механической обработки, (рисунок 16 и рисунок 17). 
 
При переработке пластмасс важнейшими задачами являются обеспечение высокого качества изделий при наибольшей производительности. Наиболее надежным показателем качества изделия являются (структурные) надмолекулярные показатели.  
 
Рисунок 16 - Классификация методов изготовления изделий из термопластичных полимерных материалов 
 
 
 
Рисунок 17- Классификация методов изготовления изделий из термореактивных полимерных материалов 
У кристаллизующихся полимеров возможно многообразие надмолекулярных образований на различных стадиях агрегатирования. Поэтому с целью формирования желаемой надмолекулярной структуры применяют различные методы создания заданных свойств путем кристаллизации ориентации и направленной. 
 
Для аморфных полимеров в качестве структурного показателя принимают ориентацию. 
 
Надкристаллическая структура полимеризующихся материалов разнообразна. Даже изделия с одинаковой степенью кристалличности, но полученные в различных условиях, различаются по свойствам. Материал при формовании под воздействием охлаждения расплава и действием напряжения сдвига в каналах течет слоями, что способствует созданию слоевой структуры - разновидности надмолекулярной структуры. Такие структуры характерны для литьевых процессов. Толщина слоев и их структура зависят от способа и режима формования, свойств материала.  
 
Стабильность свойств изделий из полимеров обеспечивается правильным выбором и точностью выполнения режимов формования переработки. 
^ 4.2 Подготовка полимеров к переработке 
 
Технологические свойства, процессы переработки и качество готовой продукции существенно зависят отвлажности и температуры полимера. Придание материалу требуемой влажности сушкой или увлажнением осуществляют на стадии подготовки к формованию.  
 
Влажность полимеров. Молекулы воды полярны и поэтому легко образуют водородные связи с полярными группами полимеров, следствием чего и является возможность поглощать (сорбировать) влагу из атмосферного воздуха. Свойство полимеров поглощать влагу увеличивается с увеличением полярности, уменьшением плотности и степени кристалличности, увеличением дисперсности полимера; некоторые полимеры поглощают до 10 % воды (% по отношению к массе материала). Неполярные полимеры имеют низкую гигроскопичность.  
 
Влияние влажности на свойства и переработку. Увеличение влажности полимера способствует уменьшению текучести и высокоэластичности расплава. Вызывая гидролитическую диструкцию при температурах переработки, влажность влияет на стабильность свойств готовых изделий. Избыток влаги ослабляет внутри- и межмолекулярное взаимодействие; в результате увеличения количества влаги выше необходимого уменьшаются предел текучести, предел прочности, относительное удлинение при разрыве, диэлектрическая прочность и проницаемость, ухудшается прозрачность, затрудняется переработка, на поверхности деталей появляются серебристые полосы, разводы, волнистость, вздутие, пористость, пузыри, раковины, трещины, отслоение поверхности, коробление и размерный брак возникают при литье под давлением и прессовании. Повышение влажности ухудшает сыпучесть материала. 
 
При низком содержании влаги происходит структурирование (разновидность деструкции), сопровождающееся ухудшением текучести полимера.  
 
При эксплуатации изделий из полимеров может измениться их влагосодержание. Это приведет к изменению размеров, физико- механических и диэлектрических свойств, твердости и износостойкости деталей из полимеров.  
 
Из сказанного вытекает необходимость строгого нормирования содержания влаги в полимерах перед переработкой. 
^ 4.3 Сушка полимеров - удаление влаги испарением 
 
Полимеры, склонные к термоокислительной деструкции, сушат только в вакуумных устройствах, что способствует уменьшению термоокислительной диструкции, позволяет повысить температуру и сократить время сушки. 
 
Для сушки полимеров перед переработкой используют вакуум-сушилки, барабанные, турбинные, ленточные и другие типы сушилок.  
 
Для подсушки и подогрева гранулированных и порошкообразных термопластов на литьевых машинах применяют специальные бункеры, оснащенные нагревательной системой. 
 
Иногда влагу и летучие вещества удаляют непосредственно из расплава. В этом случае при пластикации в одном из участков шнека снимают давление и здесь происходит расширение сжатых и нагретых газов. Затем их удаляют вакуум-отсосом.  
 
Подготовка полимеров к переработке. Основной задачей в этом случае является обеспечение требуемой влажности путем сушки или увлажнения, таблетирования, предварительного подогрева.  
 
Обычно влажность полимера после сушки должна быть ниже рекомендуемой перед загрузкой в нагревательный цилиндр перерабатывающего оборудования или прессформу. Сушку полимера следует заканчивать непосредственно перед переработкой, а в случае хранения высушенного материала необходимо хранить такой материал в герметичной таре, а время хранения должно быть минимальное. 
 
Полимеры с низкой гигроскопичностью обычно не сушат. Если такие материалы содержат летучие вещества, то их короткое время подсушивают и подогревают для увеличения производительности при формовании изделий.  
 
Если влажность понижена, то ее повышают путем выдерживания тонкого слоя материала на воздухе; иногда с целью ускорения увлажнения материал опрыскивают водой, спиртом, ацетоном или другими жидкостями.  
^ 4.4 Таблетирование пластмасс  
 
Таблетирование - это формование под действием сжимающего усилия порошкообразных пластмасс для получения таблеток определенной конфигурации, размеров и плотности. Таблетирование позволяет более точно дозировать материал, в значительной мере удалять из него воздух (что повышает теплопроводность), уменьшить размеры загрузочной камеры прессформы, снизить потери материала.  
 
Для таблетирования используют таблеточные машины: ротационные (60-600 циклов мин), эксцентриковые (15-40 цик мин), гидравлические (4-35 цикл мин).  
 
Предварительный нагрев. Предварительному подогреву подвергают только реактопласты (порошки и волокниты)  
 
Предварительный нагрев производится в генераторах токов высокой частоты (ТВЧ) или в контактных нагревателях перед загрузкой его в прессформу с целью интенсификации процесса прессования. 
 
Нагрев ТВЧ уменьшает время выдержки в прессформе, понижает давление прессования, значительно увеличивает срок службы прессформ. Это способствует улучшению качества изделий, увеличению производительности труда и снижению себестоимости изделий. Материал нагревается быстро, равномерно и одновременно по всему объему.  
 
Сущность нагрева пластмасс ТВЧ. Полупроводники и диэлектрики, к которым относят пластмассы, нагреваются в электрическом поле высокой частоты вследствие поляризации элементарных зарядов. Небольшое количество имеющихся в диэлектрике свободных зарядов дополнительно приводит к возникновению тока проводимости. При этом электрическое поле смещается с той же частотой, но с некоторым запаздыванием из-за преодоления сил внутримолекулярного трения, препятствующих смещению зарядов, на что затрачивается определенная энергия, выделяемая в нагреваемом пластике.  
 
^ 5 Способы механической обработки 
Механическую обработку деталей из пластмасс применяют с целью:

1.  
   изготовления более точных, чем при прессовании или литье деталей;
2.  
   изготовления деталей из листовых пластиков, так как эти материалы поставляют в виде листов, плит, труб и фасонных профилей;
3.  
   удаления литников, облоя, грата, пленки в отверстиях и т.п. - отделки (на отдельных заводах трудоемкость этих операций около 80% общей трудоемкости изготовления пластмассовой детали);
4.  
   более экономичного изготовления деталей сложной конфигурации;
5.  
   изготовления деталей в условиях единичного и мелкосерийного производства.

 
Мехобработка пластмасс по сравнению  с обработкой резанием металлов имеет  специфические особенности из-за ее низкой теплопроводности, вязкости, абразивных свойств, которые определяют характерные требования, предъявляемые к конструкции и геометрии режущего инструмента, к конструкции и оснастке станков. 
 
При механообработке пластмасс различают разделительную штамповку и обработку пластмасс резанием. 
 
Разделительную штамповку применяют для изготовления деталей из листовых материалов. При этом выполняют следующие операции: вырубку, пробивку, отрезку, разрезку, обрезку, зачистку. Наиболее распространены операции вырубки, пробивки, разрезки, зачистки. 
 
Обработку пластмасс резанием применяют для отделки (удаления литников, облоя, пленки и др.) после горячего формообразования деталей и как самостоятельный способ изготовления деталей из поделочных пластмасс. При этом выполняют следующие операции: разрезку, точение, фрезерование, сверление, нарезание резьб, шлифование, полирование. 
^ 5.1 Особенности механической обработки 
 
При разделительной штамповке, наряду с известными особенностями для штамповки металлов, имеют место особенности, связанные с резкой анизотропией механических свойств пластмасс в плоскости листа и перпендикулярно ей: расслоение, трещины, ореолы и изменение цвета. Эти особенности вызваны значительными напряжениями сжатия и изгиба, достигающими предела прочности. Расслоение материала по толщине характерно для слоистых пластиков (гетинакса, стеклотекстолита и др.) и возникает по периметру разделения на расстоянии до 3-5 S от поверхности разделения; трещины возникают чаще всего со стороны пуансона у поверхности - поверхностные трещины, сплошные трещины возникают при недостаточном расстоянии между отверстиями; ореолы - вспучивание и изменение цвета материала вдоль периметра отверстия, вызванное расслоением материала. 
 
Особенности обработки металлов резанием полностью относятся и к обработке пластмасс. Однако особенность строения и состава накладывают дополнительные особенности. 
 
Относительная низкая плотность, невысокая прочность и твердость пластмасс обусловливают малое сопротивление пластмасс сжатию и срезу при обработке резанием, и усилия резания оказываются значительно меньшими, чем при обработке металлов. Поэтому появляется возможность применять для обработки пластмасс высокие режимы резания. 
 
При обработке реактопластов образуется стружка надлома, легко рассыпающаяся, а при резании термопластов в большинстве случаев образуется непрерывная сливная стружка. При резании пластмасс возникают сравнительно высокие температуры (до 500 С) на трущихся поверхностях инструмента, а на деталях возникают прижоги. Это объясняется тем, что теплопроводность пластмасс в несколько раз меньше, чем у металлов. 
 
После механообработки в поверхностных слоях детали возникают остаточные напряжения, которые складываясь с монтажными напряжениями (например, при затяжке болтов, винтов), часто приводят к появлению мелких поверхностных трещин. Для уменьшения остаточных напряжений при обработке реактопластов применяют различные технологические приемы: сжатие материала в зоне сверления, попутное фрезерование, многооперационное сверление с минимальным припуском на последнем переходе; для термопластов - умеренный нагрев. 
 
 
^ 6 Метод экструзии 
Процесс экструзии заключается в непрерывном выдавливании расплава полимера через формующую головку, придания ему необходимой конфигурации и последующем охлаждении изделия Течение расплава через формующие головки происходит под действием давления, которое создается шнековым или дисковым экструдером. Экструдер (экструзионная машина) должен обеспечивать передвижение полимера вдоль цилиндра, его плавление и гомогенизацию, а также создание в цилиндре машины гидростатического давления. Методом экструзии изготавливаются трубы, пленки, профили, сетки в основном из термопластичных полимеров полиэтилена, полистирола, поликарбоната, поливинилхлорида и др. Поскольку процесс экструзии осуществляется непрерывно, он является наиболее прогрессивным, так как позволяет производить изделия с небольшими трудовыми и энергетическими затратами при незначительных потерях материалов. 
 
При изготовлении изделий методом экструзии в полимерах протекают в основном физические процессы, например, переход из одного физического или фазового состояния в другое. К химическим процессам, протекающим при экструзии, можно отнести термическую и механическую деструкцию полимеров, обусловленную соответственно высокими температурами и большими сдвиговыми напряжениями, возникающими при течении расплава полимера в рабочих узлах экструдера и формующей головке При обеспечении определенных технологических параметров эти химические про цессы могут быть сведены к минимуму или полностью исключены. 
 
В зависимости от характера процессов, протекающих в экструдере, а также от физического состояния полимера внутри цилиндра в шнековых (червячных) экструзионных машинах обычно выделяют три рабочие зоны: загрузки, плавления и дозирования. Такое разделение носит несколько условный характер, поскольку отсутствуют четкие границы раздела; например, плавление полимера начинается в зоне загрузки, а заканчивается в зоне дозирования. Тем не менее в существующих конструкциях машин имеется геометрическое разделение на зоны, обусловленное размерами шнека. Истинную границу зон в зависимости or состояния полимера можно установить экспериментально или математическими расчетами с учетом конкретных условий работы агрегата.  
 
За зону загрузки обычно принимают длину шнека от загрузочного отверстия до места появления слоя расплава на поверхности цилиндра или шнека. Зона плавления — это участок. шнека от начала плавления до полного расплавления слоя гранул или неполного плавления, но разрушения оставшегося твердого слоя гранул на части, распределения их в расплаве и перехода на движение в результате вязкого течения. В зоне дозирования происходит окончательное плавление оставшихся частиц, выравнивание температуры расплава полимера по сечению и его гомогенизация, т. е. тщательное перемешивание расплава и придание ему однородных свойств за счет сдвиговых деформаций вязкого течения в каналах шнека. 
 
При использовании дисковых экструдеров полимер в виде гранул или порошка поступает в зазор между вращающимся и неподвижным дисками и плавится, благодаря выделению теплоты трения. Поскольку расплав полимера является вязкоупругой жидкостью, то при вращении диска в расплаве возникают нормальные напряжения и создается давление, под действием которого происходит выдавливание полимера через формующую головку. Захват полимерного материала, поступающего из бункера 1 (рисунок 18).  
 
 
1- бункер; 2 - цилиндр; 3 - сетка; 4 – решетка; 5 – оформляющая головка; 6 – червяк. 
 
Рисунок 18 - Схема работы машины непрерывного выдавливания 
в виде гранул, порошка или в форме ленты, в цилиндре 2 и выдавливание последовательно через сетку 3, решетку 4 и профилирующее отверстие оформляющей головки 5 осуществляются червяком 6. Нагрев и расплавление материала происходит под действием тепла, поступающего от устройств 7 внешнего обогрева, и от тепла, образовавшегося при трении в процессе работы червяка, привод которого осуществляется от электродвигателя 8 через вариатор или редуктор 9 и передачу 10. 
 
Непрерывным выдавливанием изготовляют трубы, шланги, пленку, ленту, листы, различные профили, полые выдувные изделия с последующей раздувкой их сжатым воздухом и другие изделия, а также гранулы. Выдавливанием можно покрывать (кашировать), в частности полиэтиленом, бумажные и тканевые ленты и металлические изделия. Процесс выдавливания используется также для пластикации термопластов, удаления из них влаги и летучих веществ. 
^ 6.1 Технология производства труб методом экструзии 
 
Процесс изготовления труб основан на непрерывном выдавливании расплава через кольцевую щель формующей головки с последующим охлаждением и отводом трубы в соответствующие приемные устройства. 
 
Методом экструзии можно изготавливать трубы диаметром от десятых долей миллиметра (капиллярные трубки) до 500 мм и более. Для производства труб могут использоваться термопластичные полимерные материалы, расплав которых имеет необходимое значение вязкости. Как правило, трубы изготовляют из высоковязких сортов полимеров, так как при малой вязкости расплава трудно сохранить заданную форму трубы после выхода ее из формующей головки. Наиболее часто трубы производят из полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, поликарбоната, полистирола или сополимеров олефинов, винилхлорида, стирола. 
 
Процесс изготовления труб состоит из следующих технологических операций:

1.  
   подготовка сырья;
2.  
   плавление и гомогенизация расплава;
3.  
   формование профиля трубы из расплава;
4.  
   калибрование трубы;
5.  
   охлаждение трубы;
6.  
   намотка или резка;
7.  
   маркировка.

 
Схема агрегата для производства труб показана (рисунок 19). 
 
1- экструдер; 2 — формующая головка: 3 — калибрующая насадка: 4 и 5 — первая и вторая зоны охлаждения; 6 — труба; 7 — измерительно-маркирующее устройство; 8-тянущее устройство: 9 — отрезающее устройство; 10 — приемный стол (штабелирующее устройство) 
 
Рисунок 19 - Агрегат для производства труб методом экструзии 
Гранулы полимера загружают в бункер экструдера 1, где они расплавляются и выдавливаются через формующую трубную головку 2. Трубчатый профиль 6 поступает внутрь калибровочной насадки (гильзы) 3, где частично охлаждается и приобретает необходимые размеры. Внутрь трубы подводится сжатый воздух для прижатия расплава к стенкам насадки или создается вакуум между трубой и насадкой. Затем труба охлаждается в ванне с двумя температурными зонами 4 и 5, проходит маркировку в устройстве 7, протягивается тянущим устройством 8 и разрезается пилой 9. Трубы небольшого диаметра не разрезаются, а сматываются в бухты. 
 
^ 7 Изготовление изделий из термопластов литьем под давлением 
Литье под давлением — наиболее распространенный и прогрессивный метод переработки пластмасс, так как позволяет получать изделия сравнительно сложной конфигурации при небольших затратах труда и энергии. Процесс изготовления изделий основан на заполнении формующей полости формы расплавом с последующим его уплотнением за счет давления и охлаждением.  
 
Этим способом можно перерабатывать все без исключения пластичные полимеры, вид и марки которых выбирают в зависимости от назначения изделий, прочности, теплостойкости и других свойств. Для литья под давлением обычно используют полимеры с показателем текучести расплава от 2 до 7 г/10 мин. Однако можно перерабатывать полимеры и с меньшей текучестью, но при этом требуется более высокая температура, что не всегда допустимо, так как может произойти термическая деструкция. Физико-химические основы литья под давлением аналогичны таковым для экструзии и выдувания пустотелых изделий, однако имеются и некоторые принципиальные отличия. Так, процесс формования происходит в очень короткое время, поэтому расплав впрыскивается в форму (течет) с очень большой скоростью, что, естественно, приводит к дополнительному разогреву и значительной ориентации макромолекул. Степень ориентации повышается также за счет больших сдвиговых напряжений, возникающих в формующей полости, при течении расплава между двумя охлаждаемыми пластинами. Очень быстрое двухстороннее охлаждение расплава приводит к сильному изменению объема, а так как полимер охлаждается снаружи, то образующийся наружный твердый слой полимера препятствует уменьшению объема, поэтому возможно появление утяжин. Для предотвращения этого необходимо перед охлаждением повышать давление в форме до 140-180 МПа. Однако охлаждение под высоким давлением затрудняет протекание релаксационных процессов и сильно изменяет условия кристаллизации. Поскольку литьем под давление изготавливаются изделия сложной конфигурации, очень трудно обеспечить равномерное охлаждение всех их элементов. В связи с этим релаксационные процессы в отдельных местах изделия завершаются на различном уровне, а после охлаждения остаются внутренние остаточные напряжения, вызывающие коробление изделий, снижение их прочности или появление трещин. 
 
Литье под давлением — периодический процесс, в котором технологические операции выполняются в определенной последовательности по замкнутому циклу. Поэтому процесс литья под давлением довольно просто автоматизируется с использованием простейших серийных приборов, таких, как реле времени, регуляторы давления и электронные потенциометры, а с помощью датчиков, преобразующих технологические параметры в электрические сигналы, легко может быть переключен на управление с ЭВМ. Это позволяет существенно повысить эффективность производства. 
^ 7.1 Технология литья под давлением 
 
Технологический процесс литья изделий из термопластичных полимеров состоит из следующих операций: 1) плавление, гомогенизация и дозирование полимера; смыкание формы; подвод узла впрыска к форме; впрыск расплава; выдержка под давлением и отвод узла впрыска; охлаждение изделия; раскрытие формы и извлечение изделия (рисунок 20). 
 
 
 
1 —форма; 2 —сопло; 3 - цилиндр литьевой машины; 4 — шнек; 5 — бункер; 6— поршень узла впрыска; 7 — цилиндр узла впрыска; 8 — изделие 
 
а - формование изделия ; б - раскрытие формы и извлечение 
 
Рисунок 20 - Технологическая схема процесса литья термопластов 
С помощью поршня узла впрыска на шнеке создается усилие подпора, поэтому шнек отходит не свободно, а преодолевая давление подпора. Следует заметить, что давление подпора увеличивает температуру расплава и повышает ее однородность по сечению в каналах шнека. С увеличением частоты вращения шнека неоднородность расплава в его каналах возрастает, поэтому для гомогенизации расплава увеличивают усилие подпора за счет повышения давления масла в цилиндре узла впрыска. Частоту вращения шнека и температуру по зонам цилиндра определяют экспериментально или рассчитывают с учетом размеров шнека и давления подпора. 
 
Шнеки литьевых машин конструктивно отличаются от экструзионных. Они обычно имеют меньшую длину (LID = 15—17) и степень сжатия для них равна i = 2-2,5.Это объясняется тем, что в литьевых машинах не требуется создания во время дозирования высоких давлений и не нужна очень хорошая гомогенизаця, так как при впрыске происходит дополнительный нагрев расплава и он хорошо перемешивается вследствие течения в литниковых каналах. Недостаток в гомогенизации при дозировании восполняется на последующей технологической операции, т. е. при впрыске расплава в форму. Для того чтобы во время впрыска можно было создать внутри цилиндра высокое давление и исключить обратное течение расплава по каналам шнека, на хвостовике шнека устанавливают запорный клапан (рисунок 21а). 
а б 
 
 

 
1— наконечник шнека; 2 — втулка клапана; 3 — шнек 
 
а - запорный клапан  
 
1— наконечник; 2 — клапан; 3 — корпус;  
 
б - самозапирающееся сопло

 
Рисунок 21 
Во время дозирования расплава втулка клапана 2 отжимается расплавом от шнека 3 и полимер течет по продольным пазам между наконечником 1 и втулкой клапана 2. При в прыске (как показано на рисунке 21а втулка прижимается к конической части хвостовика шиека, перекрывает каналы п исключает обратное течение. При переработке не термостойких полимеров (например, жесткого поливпнилхлорида) применяются шнеки без запорного клапана с удлиненным коническим наконечником. В данном случае внутреннее отверстие сопла и переходной втулки изготавливают без уступов, чтобы не возникали застойные зоны. В конце впрыска конический хвостовик шнека входит в коническое отверстие сопла, поэтому расплав почти полностью выдавливается из цилиндра, за счет чего уменьшается время его пребывания в нагретом состоянии и исключается термическая деструкция полимера. Чтобы расплав во время дозирования не вытекал из отверстия сопла, узел впрыска не отводят от формы или выходное отверстие мундштука перекрывается клапаном. Наиболее часто это осуществляется с помощью самозапирающегося сопла (мундштука) (рисунок 21б). При дозировании, когда сопло отведено от формы, расплав давит на клапан 2, смещает его влево и боковые входные отверстия перекрываются корпусом 3. На рисунке 21б клапан показан в открытом виде, когда узел впрыска подведен к форме. 
 
Объем дозы расплава задается значением хода шнека вдоль цилиндра при его вращении за счет изменения расстояния между кулачками конечных выключателей. После того как наберется определенная порция расплава, шток при отходе назад нажимает на конечный выключатель и вращение шнека прекращается. 
 
В отличие от зкструзионных процессов температура по зон; цилиндра узла пластикации устанавливается значительно выше. Это необходимо для уменьшения вязкости расплава, чтобы в момент впрыска в отверстиях сопла и литников не возникали большие перепады давлений. Однако при очень высокой температуре на изделиях образуется облой (грат), т. е. расплав очень сильно затекает в зазоры по линии разъема формы, а это невыгодно. Поэтому температуру расплава выбирают с учетом толщины стенок изделия, площади поверхности отливки, температуры формы и реологических свойств полимера, а также в зависимости от размеров литниковых каналов и термостойкости полимера. Поскольку дозирование осуществляется во время операции охлаждения и раскрытия формы, то частоту вращения шнека рассчитывают из условия обеспечения заданной дозы материала за определенное время.  
 
При этом производительность узла пластикации должна быть равна: 
, (4) 
 
где G_изд и G_л — масса изделия и литников;  
 
п - гнездность формы;  
 
t_oхл и t_р — время охлаждения и раскрытия формы. 
После окончания паузы, предусматриваемой по завершении операции извлечения отливки, изготовленной в предыдущем цикле, срабатывает реле времени и включается механизм смыкания. Смыкание формы осуществляется в результате перемещения подвижной плиты термопластавтомата вместе с закрепленной на ней разъемной частью формы и создания определенного усилия. Усилие смыкания Nсм необходимо для исключения раскрытия формы в момент заполнения ее расплавом, оно должно быть равно 
, (5) 
 
где Р_ф- давление в форме, усредненное по площади отливки;  
 
F_изд и F_л — площадь литников в плоскости разъема формы. 
В том случае, когда площадь отливки очень велика и расчетное усилие превышает максимальное усилие смыкания машины, чрезмерно возрастает упругая деформация закрывающих звеньев механизма и изделия после литья имеют толстый облой. Иногда по этой же причине может произойти раскрытие формы. 
 
Подвод узла впрыска к форме производится отдельным механизмом, при зтом сопло цилиндра упирается в литниковую втулку формы и создается необходимое давление, исключающее утечку расплава. В момент подвода узла впрыска сопло должно располагаться соосно с литниковым каналом формы. При использовании самозапирающегося сопло, (рисунок 21б), в момент подвода узла впрыска происходит открытие клапана, так как наконечник 1 упирается в литниковую втулку и перемещает клапан 2 внутрь цилиндра. В этом положении боковые каналы клапана 2 открываются и соединяют между собой полость цилиндра с литниковыми каналами. 
 
^ 7.2 Впрыск расплава 
 
При движении шнека вдоль цилиндра к соплу во время впрыска клапан шнека смещается, перекрывает каналы и исключает обратное течение расплава по каналам шнека. Расплав полимера под действием давления начинает течь через литниковые каналы в формующую полость формы, заполняет ее, а затем под действием давления сжимается. Так как заполнение формы происходит течение очень короткого времени (1—3 с), эту операцию называют впрыском. Вначале расплав заполняет литниковые каналы формы, а затем формующую полость, поэтому давление постепенно повышается. Изменение давления при впрыске ( рисунок 23, отрезок Оа).  
 
 
Оа - заполнение формы расплавом; ab — сжатие; bс — выдержка под давлением; cd — охлаждение изделия 
 
Рисунок 23 - Цикл-диаграмма процесса литья под давлением 
При этом скорость течения принимают, исходя из производительности плунжерного гидравлического насоса литьевой машины, с учетом которой объемный расход расплава через литник равен 
, (6) 
где V_H — объемная производительность гидравлического насоса высокого давления узла впрыска; 
 
R_Ш — радиус шнека пластикатора;  
 
с — число параллельных литниковых каналов на расчетном участке; 
 
R_п — радиус поршня узла впрыска. 
 
Время впрыска определяют по паспортным данным или экспериментально в зависимости от скорости течения и вязкости расплава изменяется количество теплоты, выделяющейся вследствие диссипации энергии вязкого течения, и происходит дополнительный разогрев полимера. Поэтому температура после впрыска Т₂, будет равна: 
, (7)  
где Т— температура расплава в цилиндре литьевой машины; 
 
Δр_м и Δр_л —перепады давления в каналах мундштука и литниках формы.  
 
Изменение температуры при литье под давлением (рисунок 24).