Преимущества внутренних смазок при литье под давлением

ТЕМА НОМЕРА: ОПРЕДЕЛЯЮЩАЯ РОЛЬ ДОБАВОК
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%-ное 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).
А. Малтби, Croda Polymer Additives (Великобритания)
М
ногие 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:
30
PolymerM_#10_2012_Print.indd 30
• 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.
На рис. 1 представлен 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
2012 / № 10
25.09.2012 16:46:16
ТЕМА НОМЕРА: ОПРЕДЕЛЯЮЩАЯ РОЛЬ ДОБАВОК
400
Скорость вытекания, г/5 мин
350
без смазки
IncroMold S (0,25 %)
300
250
200
150
100
50
0
50 об/мин
100 об/мин
Скорость вращения шнеков
Рис. 1. Влияние добавки IncroMold S на скорость вытекания расплава
наполненного ПП из капилляра при различной скорости вращения
шнеков
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
www.polymerbranch.com
PolymerM_#10_2012_Print.indd 31
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
(рис. 2). Причем переход на литье материала с добавкой
IncroMold S позволяет моментально снизить значение Fвыт (см. циклы литья с 8-го по 13-й на рис. 2, б).
Кроме того, благодаря снижению усилия выталкивания менее заметным на отливках выглядит отпечаток
от выталкивателя, а их поверхность становится более
гладкой (см. фото).
Еще одним примером на ту же тему служит добавка
IncroMax 100, разработанная специально для ПЭТ и по-
31
25.09.2012 16:46:16
ТЕМА НОМЕРА: ОПРЕДЕЛЯЮЩАЯ РОЛЬ ДОБАВОК
3
100
90
Снижение
на 30 %
2.5
80
Без добавки
Без добавки
2
60
Усилие выталкивания, кН
Усилие выталкивания, %
70
50
40
30
20
10
Снижение
на 50 %
Очистка формы
1.5
1
+ 0,5 % IncroMold S
0.5
0
ПЭВП
без добавки
F
S
IncroMold
T
а
0
б
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Рис. 2. Влияние добавок IncroMold на относительное (а) и абсолютное (б) усилие выталкивания отливок из формы
кой IncroMold S в количестве 0,6 %. Снижение осевого усилия их сборки более чем на 30 % (рис. 3) означает,
что эти детали можно легко и без повреждения собрать,
а в процессе открывания крана не потребуется большого усилия для поворота пробки (рис. 4). Помимо этого,
устраняется и связанный с шероховатостью поверхности шум при открывании и закрывании крана.
а
б
Внешний вид места выталкивания на отливке, не содержащей (а)
и содержащей (б) добавку IncroMold F (0,5 %)
казавшая 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 добав-
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.
В таблице приведены два примера из практики, которые показывают, как уже сейчас за счет использования
добавок IncroMold можно повысить производительность
литья под давлением и добиться других преимуществ.
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 прогрес-
Примеры эффекта, достигнутого при использовании добавок IncroMold в составе литьевых ПМ
Объект
Пример 1
Пример 2
анализа
Ножки стола для открытого внутреннего дворика,
Подкапотные детали автомобиля, изготавливаемые
изготовленные из ПП белого или зеленого цвета,
из стеклонаполненного (30 %) ПП (пигмент – сажа).
Исходное
наполненного карбонатом кальция. Для облегчения
Производительность – 60 дет./ч. Для облегчения извлечения
изделие
извлечения деталей на поверхность гнезда
деталей на поверхность гнезда распыляется силиконовая
распыляется силиконовая смазка
смазка
Добавка
IncroMold S (содержание – 0,8 %)
IncroMold S (содержание – 0,45 %)
Эффект от · Увеличение производительности на 10 %;
· Увеличение производительности до 72 дет./ч (на 20 %);
введения · возможность увеличения содержания наполнителя;
· более равномерное распределение пигмента;
· отсутствие силикона на поверхности деталей
добавки
· отсутствие силикона на поверхности деталей
32
PolymerM_#10_2012_Print.indd 32
2012 / № 10
25.09.2012 16:46:20
ТЕМА НОМЕРА: ОПРЕДЕЛЯЮЩАЯ РОЛЬ ДОБАВОК
40
Усилие
Снижение усилия сборки, %
30
25
20
15
10
Сборка
0,3 % F
0,6 % F
0,3 % S
Добавка IncroMold
0,6 % S
Рис. 3. Влияние различных марок IncroMold на снижение усилия
сборки крана
Крутящий момент
40
Снижение крутящего момента, %
35
30
25
20
15
10
Эксплуатация
0,3 % F
0,6 % F
0,3 % S
0,6 % S
Добавка IncroMold
Рис. 4. Влияние различных марок IncroMold на снижение крутящего
момента при повороте пробки крана в процессе его эксплуатации
са. 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.
Internal Lubricants Yield Benefits in Injection Molding
A. Maltby
This paper describes how to use a small amount of internal lubricants in
plastics to solve a number of problems in injection moulding.
Дополнительную информацию и консультацию
можно получить в филиале компании
Croda Europe Ltd (Великобритания) по адресу:
129164, Москва, БЦ Ракетный бульвар, д. 16.
www.croda.com/europe/pa;
Контактное лицо – Роман Куфтин
Тел./факс для контактов: +7 (495) 660-88-98;
Roman.Kuftin@croda.com
www.polymerbranch.com
PolymerM_#10_2012_Print.indd 33
33
25.09.2012 16:46:21