Прессование

Прессование — один из основных методов переработки термореактивных и некоторых термопластичных полимеров, основанный на формовании материала под воздействием температуры и давления. Процесс обеспечивает получение изделий с высокой точностью геометрии и стабильностью размеров, особенно при работе с компаундами, содержащими наполнители, армирующие волокна или модифицирующие добавки.

Основные принципы процесса

Прессование основано на пластической деформации полимера под давлением в замкнутой форме. Для термореактивных полимеров давление служит одновременно для придания формы и инициирования химической реакции сшивания, тогда как для термопластов оно способствует плотному уплотнению материала и удалению воздуха из композита.

Ключевые этапы прессования:

1. Подготовка сырья: гранулы, порошки или ленты полимера предварительно сушат и при необходимости смешивают с наполнителями, пластификаторами или отвердителями.
2. Загрузка формы: подготовленный полимер помещается в полость матрицы пресс-формы.
3. Нагрев и сжатие: форма закрывается, к полимеру прикладывается давление, обеспечивая контакт с поверхностями формы и удаление воздуха. Для термореактивных смол в этот момент происходит химическое отверждение.
4. Охлаждение и извлечение изделия: после достижения заданной температуры или завершения реакции изделие охлаждается в форме для сохранения размеров, затем извлекается.

Типы пресс-форм

Пресс-формы подразделяются на:

• Стационарные (однократного действия): используются для одноэтапного формирования изделий, часто с простыми геометрическими формами.
• Двухплунжерные или многоплунжерные формы: обеспечивают более сложные изделия с точными выступами, отверстиями и армирующими элементами.
• Гибкие формы: применяются для прессования мягких компаундов, обеспечивая легкое извлечение изделий.

Материалы пресс-форм выбираются с учетом температуры, химической устойчивости и механической нагрузки. Чаще всего применяют легированные стали, алюминиевые сплавы и высокотемпературные сплавы с покрытием антипригарного типа.

Влияние параметров процесса

Температура: для термореактивных полимеров критична для контроля скорости отверждения; для термопластов обеспечивает текучесть и пластичность.

Давление: определяет плотность, механические свойства и степень удаления пор. Слишком низкое давление приводит к пористости и дефектам поверхности, слишком высокое — к избыточной деформации формы и внутренним напряжениям.

Время выдержки: обеспечивает полное отверждение или распределение полимера в форме; оптимальное время зависит от химической природы материала и толщины изделия.

Прессование с нагревом и без нагрева

• Горячее прессование: применяется для термореактивных смол и термопластов, требующих размягчения; обеспечивает высокое качество поверхности и точность размеров.
• Холодное прессование: используется для некоторых порошковых композитов и заполнителей, где химическая реакция или размягчение материала происходит позже.

Преимущества метода

• Высокая точность геометрических размеров изделий.
• Возможность получения сложных форм с относительно низкими затратами на инструмент.
• Подходит для армированных и наполненных компаундов.
• Контроль плотности и структуры изделия через регулировку давления и температуры.

Ограничения

• Высокие требования к пресс-формам и оборудованию при больших объемах производства.
• Продолжительное время цикла при толстостенных изделиях или сложных геометрических формах.
• Для термопластов ограниченная скорость производства по сравнению с экструзией или литьём под давлением.

Применение

Прессование широко используется для производства изоляционных деталей, прокладок, шайб, корпусов электрооборудования, автомобильных элементов, а также в аэрокосмической промышленности для изделий из армированных пластмасс. Методы горячего и холодного прессования позволяют создавать изделия с высоким уровнем однородности и устойчивости к термическим и механическим нагрузкам.

Контроль качества

Основными показателями качества изделий являются:

• Плотность и однородность материала.
• Отсутствие пор, трещин и усадочных дефектов.
• Соответствие геометрических размеров проектным параметрам.
• Механические свойства (прочность, жесткость, ударная вязкость).

Методы контроля включают визуальный осмотр, ультразвуковую дефектоскопию, измерение плотности и механических характеристик.

Прессование остаётся критически важной технологией в химии полимеров, обеспечивая возможность управления структурой и свойствами конечного изделия через точную настройку термодинамических и механических параметров процесса.