Главная / Статьи-разработки-исследования / Влияние нуклеатора (осветлителя) на стабильность размеров изделий из полипропилена

Влияние нуклеатора (осветлителя) на стабильность размеров изделий из полипропилена

При литье тонкостенных изделий (толщиной h), и большой длиной течения расплава (L) необходимо достигнуть оптимального соотношения параметров.
Основным параметром является общая продолжительность цикла изготовления изделия. Общая продолжительность цикла определяется временем охлаждения материала в форме и характеризует производительность процесса. Производительность обратно пропорциональна времени охлаждения.

Время охлаждения зависит от температуры литья материала, температуры формы (чем ниже температура, тем больше скорость охлаждения детали), толщины изделия h, свойств полимерного материала (плотности, показателя текучести расплава, температуры плавления и т.д.), объемной скорости впрыска, давления, времени выдержки под давлением и др.

Продолжительность цикла после смыкания формы проходит следующие этапы: впрыск + выдержка под давлением и время охлаждения детали в форме.
Впрыск. Определяется двумя основными параметрами.

Первый – это объемная скорость впрыска, определяющая время заполнения формы. При низких скоростях и недостаточной температуре расплава поток в форме быстро охлаждается, что приводит к появлению волнистой поверхности или линий спаев. При завышенных значениях скорости впрыска появляются пригары и переливы – облои.
Тонкостенные изделия с большим отношением L/h характеризуются повышенным гидравлическим сопротивлением, что затрудняет заполнение формы и требует повышение давления впрыска – второго параметра.

Выдержка под давлением. Время выдержки под давлением, главным образом, зависит от диаметра литника (диаметра впрыска) и его длины, тем самым определяя время перетекания расплава материала из нагревательного цилиндра в форму под давлением (время подпитки).

Давление формования определяет подпитку материалом формы в течение времени выдержки под давлением и по этой причине влияет на качество и вес готовых изделий. При низком давлении формования подпитка материалом формы недостаточна и качество изделий низкое. Образуются утяжины, пустоты, происходит коробление изделий. С повышением давления формования подпитка материалом формы увеличивается и дефекты исчезают. Давление формования переходит в рабочий диапазон, при котором получается хорошее качество поверхности изделий.

Чрезмерно высокое давление формования является причиной переуплотнения материала, что приводит к возникновению в готовом изделии внутренних напряжений, не говоря уже о перерасходе материала. Внутренние напряжения могут повлиять на стабильность размеров изделия после снятия с формы и охлаждения его на воздухе.

С увеличением толщины изделия (h) возрастает усадка материала в форме. В таких случаях возможно заполнение формы на двух режимах. Первый режим - режим с постоянной объемной скоростью течения материала по форме. Он длится с момента начала заполнения и до момента достижения установленного давления впрыска. Если установленного давления впрыска не хватает для того, чтобы заполнить форму по всей длине на первом режиме, начинается второй режим – режим убывающей скорости течения. При течении материала с убывающей скоростью на поверхности изделия становятся видны мелкие волны (следы течения), которые создают мутность и волнистую поверхность. Это ухудшает внешний вид изделия. Если внешний вид изделия имеет значение, то заполнение формы необходимо осуществлять на одном режиме течения. Для этого нужно увеличить температуру материала, повысить давление литья (впрыска), увеличить объемную скорость впрыска и повысить температуру формы.

Увеличить текучесть материала и обеспечить заполнение формы на первом режиме можно добавлением к основному материалу модифицирующих добавок. Так для полипропилена есть, такая добавка, как осветлитель или нуклеатор, который способствует повышению степени кристалличности полимера (его прозрачности), повышению температуры стеклования, что уменьшает время выдержки под давлением, а, следовательно, и время охлаждение в форме.
Ниже приведена таблица данных исследований влияния скользящей добавки и нуклеатора на стабильность размеров цилиндра (величины овальности).

Справочно. Овальность – отклонение от округлости, при котором реальный профиль представляет собой овально образную фигуру, наибольший и наименьший диаметры которой находятся во взаимно перпендикулярных направлениях.

Допуск овальности: Dmax-Dmin/2

Dmax - Dmin должно быть не более 12,5 % от наружного диаметра.

Рис.1 Овальность.

Таблица 1: Допуски овальности в зависимости от наружных диаметров.

В таблице 2 и на диаграмме представлены результаты исследований изменения степени овальности при введении в состав двух добавок – скользящей и нуклеатора. Видно, что добавки резко снижают степень овальности независимо от времени охлаждения.

Таблица 2.

Рис.2. Диаграмма изменения степени овальности изделий при разных значениях времени охлаждения изделия в форме.

На диаграмме также видно, что степень овальности увеличивается после 72 часов охлаждения изделия на воздухе, кроме образца № 2. Так не должно быть. Полная кристаллизация полимера обычно наступает после 24 часов охлаждения на воздухе. На рис. 3 и 4 приведены диаграммы, показывающие влияние степени подпитки на поведение размеров изделий при одном времени охлаждения и при разных.

Рис.3 Изменение степени овальности изделия при 65 секундах охлаждения в форме, но с разным давлением формования (подпитки)

Рис.4. Изменение степени овальности при разных временах охлаждения и с разным давлением формования (подпитки)

В образце 2 степень овальности уменьшается со временем охлаждения. Этот образец был отлит с достаточным давлением впрыска – материал полностью заполнил форму сразу. При недостаточном давлении впрыска для формования изделия выполняется вторая стадия - подпитка при определенном давлении формования. Если давление формования выше нормы, то происходит переуплотнение материала. В этом случае в расплаве возникают градиенты температуры и плотности из-за дополнительного впрыска полимера. При остывании изделия происходит гомогенизация состава. Но присутствие сдвиговых напряжений, вызванных перепадами плотностей и температур в расплаве при подпитке, увеличивает время окончательной кристаллизации полимера, что и наблюдается в данном случае.

Не исключено, что скользящая добавка сыграла тоже свою роль. Скользящая добавка не смешивается с полимером, а выходит на его поверхность, способствуя лучшему скольжению полимера по металлу шнека. Если после снятия изделия с формы «выпотевание» скользящей добавки продолжалось, то и время полной кристаллизации полимера увеличивалось.

При проведении испытаний литья изделий с одним только нуклеатором наблюдается картина наступления полной кристаллизации уже после 24 часов охлаждения на воздухе (образец 10). Но в остальных образцах она еще продолжается и при 72 часах. В этом случае явно видна зависимость степени овальности от времени охлаждения в форме (образцы 12 – 13). Следует добавить, что процесс литья этих образцов (10 – 13) был одностадийным – величина давления впрыска выбрана точно. Образцы 8 и 9 отливались в две стадии и, поэтому процесс охлаждения был аналогичен образцам 1 – 7, описанным выше.

Таблица 3.

Рис.5. Зависимость степени овальности изделия от времени выдержки под давлением в форме при вводе 1% нуклеатора

Как видно из таблицы, слишком маленькое время охлаждения в форме – 50 секунд уже не дает хорошей стабильности после 24 часов охлаждения на воздухе. Оптимальное время охлаждения изделия в форме находится в интервале 55 – 65 секунд.

Вернуться

Рекомендуем ознакомится: добавки для полимеров, краситель для тротуарной плитки, меловая добавка, пигменты для бетона купить, пигменты для тротуарной плитки, краситель для бетона, суперконцентраты красителей, красители для полимеров, железоокисные пигменты, диоксид титана Минск.