Процесс литья под давлением конструкционного пенопласта отличается от стандартного, или традиционного литья под давлением термопластов тем, что цель состоит в изготовлении компонента с ячеестой сердцевиной, помещенной в неячеестую оболочку, причем все это делается из одного полимера в течение одного цикла. Толщина компонентов пенопласта должна составлять минимум 6 мм, чтобы ячеестая структура сердцевины могла значительно снизить плотность. Процесс разделяется на две главные категории - процессы, включающие в себя введение газа в расплав полимера, а также процессы, в которых задействован химический пенообразователь. В процессе изготовления качественного хлеба или пирогов задействовано создание ячеестой структуры посредством разложения некоторых составляющих – дрожжи или разрыхлитель становятся углекислым газом. Практически аналогичным образом в термопластах для создания ячеестой структуры используется ряд химикатов, известных как азодикарбонамиды. Во время изготовления хлеба или пирогов весь процесс проводится при атмосферном давлении в жидкости с относительно низкой вязкостью. При формовании конструкционного пенопласта давление гораздо выше, также как и вязкость полимерного расплава – но принципы точно такие же, поэтому это необходимо учитывать. Азодикарбонамид (ADC) имеет форму мелкогранулированного порошка. Также его часто называют пенообразователем. Обычно его смешивают с гранулами полимера и небольшим количеством увлажняющего вещества, например вазелиновым маслом. Уровень содержания варьируется в зависимости от модели компонента и типа пенообразователя. По мере расплавления полимера в инжекторном блоке стандартного механизма литья под давлением ADC преобразовывается в углекислый и другие газы. Их удерживают в растворе с расплавом полимера посредством несильного противодавления. Формование конструкционного пенопласта наиболее эффективно при толщине стенок компонентов минимум 6 мм. После закрытия пресс-формы полимер вводится на максимальной скорости – чем быстрее, тем лучше. Масса полимера недостаточна для заполнения пресс-формы, поэтому производится неполный впрыск в тех случаях, когда это вызвано не наличием газа, полученного из пенообразователя. После остановки шнека давление впрыска в расплаве снижается до нуля, а газ больше не удерживается в растворе и формирует пузыри по всей структуре. Давление, создаваемое газом, достаточно для того, чтобы полимер заполнил пресс-форму полностью. Когда полимер остывает и дает усадку, формируя морозную оболочку в местах контакта расплава с поверхностью пресс-формы, находящийся в середине стенного профиля газ продолжает расширяться. Если процентное содержание массы полимера и пенообразователя выбрано верно, то газ расширяется таким образом, что возмещает усадку при изменении размеров только между пресс-формой и компонентом, имеющим комнатную температуру, которая учитывается тепловым сжатием в диапазоне между точкой непосредственно под температурным градиентом (Tg) полимера и комнатной температурой. В результате при традиционном литье под давлением усадка того же самого полимера оказывается значительно слабее. У хорошо спроектированного и формованного компонента из конструкционного пенопласта часто очень слабая деформация, так как дифференциальная усадка, являющаяся основной причиной деформации стандартных компонентов, очень мала.
Для поверхностей компонентов характерно образование спиралевидного рельефа, который появляется в результате разлома газовых ячеек в передней части потока и их размещения на поверхности пресс-формы. Полученное в результате не всегда является эстетически приемлемым, и большинство компонентов, изготовленных с помощью этого процесса, проходят отделку (покраску) после формования. Также процесс формования можно дополнить отделкой поверхности внутри пресс-формы. Продолжительность периодов производственного цикла обычно выше, чем для стандартных деталей, полученных литьем под давлением. Это происходит вследствие увеличения стенных профилей, толщина которых может составлять от 6 до 20 мм или больше. Период остывания является характерным свойством теплопроводности полимера, его теплоемкости и разницы между температурами литья и плавления. Поскольку детали намного толще, то для работы процесса к пресс-форме необходимо подать гораздо больше тепловой энергии. Тем не менее, с учетом того, что газ может обусловить снижение плотности до 60%, в детали из конструкционного пенопласта содержание полимера гораздо ниже, чем в твердотельном компоненте аналогичного размера. Период цикла в 3 минуты и более не является необычным в сравнении с 1 минутой и меньше для компонентов, изготовленных в процессе традиционного литья под давлением.
Вследствие пониженного наполняющего давления вызываемые ими замыкающие силы также слабы. Это может привести к созданию особых механизмов формования конструкционного пенопласта под давлением с большими прессами, обладающими низким тяговым усилием. Для обработки больших объемов полимера изготавливаются сравнительно крупные инжекторные блоки, обладающие высокой гидравлической мощностью, которая часто создается гидравлическими аккумуляторами. Все это необходимо для повышения скорости работы инжекторных шнеков. Описание процесса как формования «конструкционного» пенопласта под давлением является некоторым искажением в том смысле, что структурные свойства полученного в результате изделия не превышают те, которыми обладает базовый полимер. Тем не менее, происходит снижение плотности, поэтому модуль изгиба у «конструкционного пенопласта» гораздо выше, чем у аналогичного по массе твердотельного полимера, благодаря его гораздо большим размерам (соотношение прочности к весу). Разумеется, компоненты из термопластичного полимера, равные по толщине компонентам, изготовленным в процессе с участием конструкционного пенопласта, будут коммерчески непривлекательны вследствие значительного увеличения периода остывания и удлиняющихся в результате этого производственных циклов, не говоря уже о деформации и усадке толстых компонентов. Поэтому термопластичные компоненты из конструкционного пенопласта часто конкурируют с другими производственными процессами, например металлами, изготовленными литьем под давлением, деревянными конструкциями и сборками из листового металла. В системах, где ограниченные температурные характеристики термопластмасс не создают проблем, главным конкурентным преимуществом процесса, обеспечивающим его жизнеспособность, является возможность изготовить компонент сразу в окончательной форме при помощи формования конструкционных пенопластов под давлением. Существуют несколько аналогичных запатентованных процессов. Они были созданы в попытке преодолеть недостатки процесса на основе пенообразователя путем совмещения азота с полимерным расплавом во время подготовки расплава или его впрыска. Помимо прочих к ним относится процесс Helga, разработанный Хеттингером – дальнейшее развитие первоначального процесса впрыска азота, The Union Carbide Process, Oprtifoam, впрыск азота в поток расплава, изобретенный Sultzer Chemtech и MuCell, процесс от компании Trexell Inc, в котором азот вводится в расплав как критическая фазовая жидкость. При подготовке статьи использованы материалы http://www.omnexus.com Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков оказывает три вида услуг, связанных с анализом рынков, технологий и проектов в промышленных отраслях - проведение маркетинговых исследований, разработка ТЭО и бизнес-планов инвестиционных проектов.
• Маркетинговые исследования
• Технико-экономическое обоснование
• Бизнес-планирование Любовь Олиферова,
Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков
Тел.: (495) 918-13-12, (495) 911-58-70
E-mail: mail@akpr.ru
WWW: www.akpr.ru | 
