Компании, занимающиеся литьевым формованием, только начинают знакомиться с этим новым классом формовочных материалов. Но прежде, чем начать с ними работать, стоит ознакомиться с некоторыми особенностями их обработки.

Смеси древесного волокна и термопластов уже хорошо зарекомендовали себя в области производства экструдированных досок для настилов и ограждений. В настоящее время их начинают использовать при литьевом формовании. Некоторые компании, осуществляющие литьевое формование, не очень уверены, что им стоит экспериментировать с новыми материалами, такими как композиты древесины и пластмассы (WPC). У формовщиков, которые уже экспериментировали с ними, возник целый ряд проблем, включая колебания качества, неоднородность подачи, и, в  целом, более трудная работа при использовании WPC по сравнению с использованием некоторых более привычных материалов для литьевого формования.

Почему следует использовать биокомпозиты?
Существует множество побудительных причин для создания продуктов и компонентов из термопластических биокомпозитов. Поскольку они содержат до 50% органических волокон, при литьевом формовании эти материалы позволяют делать выбор в пользу материалов, не наносящих ущерба окружающей среде, а не полимеров нефтехимического происхождения. Наряду с такими “зелеными” факторами, термопластические биокомпозиты также позволяют снизить давление на формовщика со стороны постоянно растущих цен на нефть, уменьшить затраты, связанные с производством, и производить готовую продукцию с высокой структурной жесткостью, эстетически приятной отделкой, а также новыми и пользующимися высоким спросом на рынке эксплуатационными характеристиками.
Биокомпозиты из древесины и полипропилена обычно менее затратны и имеют меньшую массу, чем ненаполненные смолы или смолы, наполненные стекловолокном. WPC конкурентоспособны по отношению к полипропилену, наполненному карбонатом кальция или тальком, в том, что касается затрат, эксплуатационных характеристик и обработки. Но у WPC имеется преимущество в виде более низкой плотности, что снижает их реальную стоимость и может дать преимущества при транспортировке и при применениях, для которых основное значение имеет небольшая масса. В число таких применений могут входить автомобильные и строительные детали, спортивные изделия, игрушки и прочие потребительские товары.

Инструкции по обработке
При формованием с надлежащей температурой, скоростями и беспрепятственным потоком детали из WPC будут иметь однородную окраску и дисперсию древесного волокна, минимальное напряжение, гладкие поверхности без всяких признаков газообразования. Два самых важных принципа, которые следует учитывать при формовании WPC и других биокомпозитов, это стремление избежать избыточной температуры и избыточного сдвига.

Пример формования Детали из WPC, сформованные с использованием семейства инструментов, сконструированных для ABS/PC. Baytech Plastics обрабатывает гранулы композита из древесины и пластмассы от JER, используя семейство немодифицированных форм на два гнезда из стали P20, предназначенных для формования электрических корпусов из ABS/PC. Испытание показало, что гранулы WPC, изготовленного на основе полукристаллической полипропиленовой смолы, хорошо формуются в инструментах, предназначенных для аморфных пластмасс.Температурный профиль был следующий:Переднее литьевое отверстие: 3700 F, вместо 5000 F, обычно используемых для ABS/PC. Центральная зона: 3550 F вместо 5000 F для ABS/PC. Задняя зона: 3550 F вместо 5000 F.Были использованы следующие значения давления: Наполнение: 1050 фунтов на кв. дюйм по сравнению с 1200 фунтами на кв. дюйм при использовании ABS/PC. Детали, сформованные в инструменте для ABS/PC: (сверху вниз) WPC  на основе 100% PP; смесь TPO/WPC с 20% древесины; смесь TPO/WPC с 10% древесины. Наполнение/удержание: 150 фунтов на кв. дюйм по сравнению с 200 фунтами на кв. дюйм.Оптимальное время наполнения составило 2.4 сек. для WPC по сравнению с 3.5 секунды для ABS/PC.Общее время удержания составило 4.6 сек. вместо типичных 7 секунд для ABS/PC.Готовый компонент весит на 20% меньше, чем компонент из ABS/PC  (100 г. по сравнению с 125 г).Baytech Plastics также провела успешное испытание по смешиванию. TPO смешивали с гранулами WPC на основе полипропилена в соотношении 1:2 для получения концентрации древесины в 20% и в соотношении 2:1 для получения содержания древесины 10%.

Хотя традиционный образ мысли может привести к выводу о том, что древесное волокно в WPC будет действовать как ингибитор потока, часто можно наблюдать обратное. Древесина с полипропиленом, на самом деле, имеют высокую скорость потока при относительно низких температурах и давлениях (обычно такую же, как у полипропилена с неорганическим наполнителем). В результате, при литьевом формовании можно получить существенную экономию энергии. Здесь также можно получить меньшую продолжительность цикла и более высокую производительность за счет сокращения времени наполнения и охлаждения.
Типичными температурами для формования композитов древесины и полипропилена обычно бывают 3400 - 3700 F (1710 - 1880 C) для задней зоны, 3600-3900 F (1820-1990 C) для средней зоны, 3800-4100 F (1930-2100 C) для передней зоны, и 3900-4100 F (1990-2100 C) для наконечника литьевого отверстия.
Значения формовочного давления, разумеется, зависят от конструкции детали, а также от системы литников и задвижек. С учетом этого, литьевое формование с WPC обычно требует меньшего значения давления, чем формование с использованием традиционных материалов.
Особое внимание следует обратить на значения скорости наполнения для WPC. Поскольку у материала высокая скорость потока, важно избегать слишком небольшого времени наполнения, поскольку материал чувствителен к сдвигу. Повышенная температура, возникающая из-за слишком быстрого наполнения, обычно проявляется в виде появления симптоматичных полос с большим содержанием смолы на поверхности компонента. От таких полос можно избавиться простым снижением скорости литья.
Притом, что для формования из композитов древесины и пластмассы, используются более низкие температуры, время удержания, как правило, меньше, чем при использовании обычных материалов.
Наконечник литьевого отверстия, который используют при формовании, должен быть снабжен отверстием с диаметром как можно ближе к диаметру отверстия литника для сведения сдвига к минимуму. Использование наконечников меньшего диаметра может увеличить сдвиг, а также привести к потере окраски из-за перегрева материала в момент его введения в форму.
Изготовленные литьевым формованием компоненты из WPC имеют довольно “естественный” внешний вид, со светло-коричневой окраской и однородным зерном текстуры. Тем не менее, можно получить поверхностное покрытие с сильным блеском, и материал можно высушивать с окраской в различные цвета с прекрасной однородностью окраски.

Советы про инструменты
Обычно у литниковых систем должны быть широкие потоки с минимальным количеством препятствий для того, чтобы свести к минимуму сдвиг материала. Точно так же, литники должны быть как можно большего размера, насколько это допускают размеры пресс-формы. Использование слишком маленьких литников может привести к формированию избыточного сдвига и возможному обесцвечиванию, а также появлению участков, выглядящих как содержащие много смолы в области литника.

Реализуемые на рынке гранулы WPC Компания JER Envirotech использует отходы или побочные продукты натуральных волокон и чистые или утилизированные термопласты для создания компаундов гранул для формования и экструзии и экструзии досок для панелей из композитов. Эти продукты были созданы в результате совместных исследований с Национальным Исследовательским Центром Канады. JER предлагает более 60 рецептур гранул WPC (торговая марка JERtech) для литьевого формования и экструзии, включая и огнеупорные марки. Большинство из них созданы на основе древесного волокна и полипропилена. В центре последних разработок JER марки для литьевого формования; компания также расширила свой ассортимент композитов из полимера и древесины, включив в него продукты на основе четырех полимеров: полипропилена, полиэтилена, HIPS, и TPO, а также с выбором из четырех волокон: сосна, дуб, клен и рисовая шелуха. В число потенциальных применений входят автомобильные детали, потребительские товары, игрушки, и изделия для строительства.JER Envirotech использует уникальные технологии создания компаундов, которые снижают концентрации влаги внутри гранул, делая их значительно ниже 1%. Это позволяет JER создавать формулы для литьевого формования с концентрациями волокон между 30% и 50%, а также рецептуры маточных смесей с содержанием волокна до 60%. За счет надлежащей инкапсуляции биоволокон и тщательного смешивания волокон во всем композите, гранулы JERtech легко формуются с использованием стандартных инструментов и головок, они позволяют получать минимальные усадку и коэффициенты теплового расширения.

В идеале компоненты должны направляться непосредственно в толстую часть детали. В случаях, когда требуется литниковое отверстие, подводимое к краю изделия, мы рекомендуем ширину литника, по крайней мере, в две трети толщины стенки детали.
Литники должны быть расположены таким образом, чтобы можно было избежать соединения фронтов потока и сварных швов, которые могут оказаться чувствительными к напряжению при эксплуатации. Вероятность повреждения наиболее высока именно по сварным соединениям.

Программа обучения формовщиков
Поскольку WPC являются новыми материалами для большинства компаний, занимающихся литьевым  формованием, JER Envirotech разработала программу обучения формовщиков и их аттестации, предназначенную для информирования и повышения уровня знаний заказчиков относительно надлежащего использования биокомпозитов компании. С помощью аттестации компании, занимающиеся литьевым формованием (и экструзией), получат знания о том, как получить наилучшие результаты при использовании этих материалов. Конечным результатом станет получение однородного высококачественного продукта, который адекватно продемонстрирует опыт и навыки формовщика, а также внутренне присущее качество биокомпозитных компаундов.

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка ДПКТ можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок древесно-полимерных композиционных материалов в России».

Об авторе:
Билл Ханникатт является вице-президентом по глобальным продажам и маркетингу компании JER Envirotech из Дельты, Британская Колумбия, Канада. Данная статья была подготовлена в сотрудничестве со Спенсером Брауном из компании по индивидуальному формованию Baytech Plastics, Мидленд, Онтарио, и Скоттом Приллом из компании, создающей компаунды, AlphaGary Corp., Леоминстер, Массачусетс. JER благодарит их и их коллег за помощь по разработке данных для настоящей статьи.

Билл Ханникатт, JER Envirotech Ltd.
Источник: Plastics Technology