Технологии литья термопластов с газом

Литье пластмасс с использованием газа получило широкое распространение с начала 1990-х годов. Первые работы в этом направлении были видимо выполнены в середине 60-х годов в России Е.Е. Глуховым.

В настоящее время основными патентами в области литья с газом обладают фирмы Melea (Гибралтар)/GAIN Technology(США) и Cinpres Gas Injection (Великобритания) [49].

В обычном литье под давлением уплотнение полимера в формующей полости происходит за счет давления, создаваемого в гидроцилиндре узла впрыска литьевой машины (стадия выдержки под давлением). Давление передается в дальние области отливки через остывающий полимер, при этом на утолщениях, напротив ребер или бобышек появляются утяжки, на участках с повышенной толщиной могут образовываться внутренние усадочные полости. Недоуплотнение приводит к появлению дефектов текстуры. Неравномерное уплотнение является причиной неравномерности усадочных процессов, приводит к короблению, вызывает высокие остаточные напряжения. При литье с газом уплотнение полимера происходит за счет давления газа (50-200 атм.) непосредственно на область изделия или вблизи этой области, поэтому процесс уплотнения проходит легче (и при небольшом давлении газа), чем в обычном литье под давлением. Литье с газом позволяет получить изделия с хорошим качеством поверхности, без утяжек и коробления, с минимальным уровнем остаточных напряжений, т.е. с высокой стабильностью размеров [49 – 51].

При литье с газом применяются обычные литьевые машины, и это является одной из причин популярности таких технологий. Одно из преимуществ литья газом - возможность использования литьевых машин с существенно меньшим усилием замыкания, что дает большой экономический эффект при литье крупногабаритных изделий.

В настоящее время существует множество вариантов технологий литья с газом. Все их можно разделить на 2 типа. К первому типу относятся технологии, в которых газ подается в расплав полимера, образуя внутренние полости (в зарубежной литературе для таких технологий чаще всего используют английский термин "gas-assisted injection molding" (GAIM или GAM) и немецкий "gas innendruck technik" (GIT или GID). В технологии второго типа газ подается в полость формы и создает внешнее давление на изделие. За рубежом для этой технологии используют термин "external gas molding". Оба типа технологий могут быть реализованы на одном и том же оборудовании.

В качестве газа применяется азот, который имеет низкую цену, инертен и доступен. Источником газа являются баллоны с азотом (при небольших объемах производства) или специальные генераторы азота.

В зависимости от типа используемого оборудования процесс литья с газом может проводится в двух вариантах [49, 50]: с управлением давлением газа и с управлением объемом подаваемого газа. В первом наиболее распространенном варианте компрессор высокого давления обеспечивает требуемый профиль давления газа. Во втором варианте заданный объем сжатого газа подается в пресс-форму с помощью поршневого дозирующего компрессора импульсного действия.

Принципиально важным моментом в литье с газом является способ осуществления уплотнения (подпитки) материала. В ряде технологий (при подаче газа через литниковую систему и др.) уплотнение изделия выполняется только за счет давления газа. В крупногабаритных изделиях это может приводить к недоуплотнению части изделия, следствием чего является появление утяжек, внутренних усадочных полостей, а также снижение качества спаев. Подобные явления не проявляются, если основной процесс уплотнения производится за счет обычной подпитки полимером из материального цилиндра литьевой машины, а давление газа обеспечивает дополнительное уплотнение в проблемных областях.