Литье под давлением является одним из наиболее технологичных методов переработки термопластов и термореактивных полимеров, обеспечивающим высокую точность изделий и стабильность размеров при массовом производстве. Основной принцип метода заключается во введении расплавленного полимера под высоким давлением в металлическую форму с последующим охлаждением и полимеризацией.
Подготовка полимера Полимерный материал предварительно сушат для удаления влаги, что предотвращает дефекты поверхности и ухудшение механических свойств. В случае термореактивных смол может применяться модификация, направленная на регулирование времени отверждения.
Плавление и дозирование Полимер нагревается в цилиндре экструдера или в плавильной камере до вязко-текучего состояния. Важным параметром является температура расплава, которая должна обеспечивать минимальную вязкость при сохранении стабильности молекулярной структуры.
Впрыск в форму Расплавленный полимер вводится в форму через систему впускных каналов (спринклеров). Высокое давление (обычно 50–200 МПа) обеспечивает полное заполнение полости формы, минимизируя образование пустот и дефектов.
Охлаждение и полимеризация После заполнения формы расплавленный полимер охлаждается до температуры, при которой материал сохраняет форму при извлечении. Для термореактивных полимеров процесс сопровождается химическим отверждением, что позволяет получить прочные и стабильные изделия.
Извлечение изделия После охлаждения форма раскрывается, и готовое изделие извлекается. В конструкциях формы предусматриваются механизмы выталкивания, предотвращающие повреждение полимера.
Вязкость и текучесть расплава являются критическими параметрами. Вязкость зависит от молекулярной массы полимера, температуры и содержания наполнителей. Низкая вязкость обеспечивает лучшее заполнение сложных форм, но чрезмерное повышение температуры может вызвать термическое разложение полимера.
Кристаллизация и ориентация макромолекул влияют на механические свойства готового изделия. Быстрое охлаждение может привести к аморфной структуре с высокой прозрачностью, тогда как медленное охлаждение способствует формированию кристаллической фазы и повышенной жесткости.
Наполнители и добавки используются для регулирования теплопроводности, прочности, ударной вязкости и усадки. Углеродные волокна, стеклянные наполнители и минеральные порошки могут изменять реологические свойства расплава и требовать корректировки технологических режимов.
Форма для литья под давлением состоит из двух или более частей, выполненных из высокопрочных инструментальных сталей. Формы могут включать охлаждающие каналы для регулирования температуры и сложные системы впускных каналов для равномерного распределения полимера.
Пресс для литья под давлением оборудован цилиндром для нагрева расплава, поршнем или шнеком для впрыска и системой управления давлением и температурой. Современные автоматы оснащены программируемыми системами, позволяющими точно регулировать последовательность процессов и повторяемость партий изделий.
Литье под давлением используется для массового производства изделий сложной геометрии: автомобильных деталей, корпусов электроники, медицинских устройств и элементов бытовой техники. Развитие технологий направлено на увеличение скорости цикла, снижение энергозатрат и расширение использования композитных и биополимерных материалов.
Современные исследования включают внедрение компьютерного моделирования течения расплава, оптимизацию систем охлаждения формы и использование наноматериалов для улучшения свойств изделий. Эффективное сочетание физико-химических знаний о полимерах и инженерного проектирования оборудования позволяет получать изделия с заданными механическими, тепловыми и оптическими характеристиками.