Описание технологического процесса. Микропористыми пластмассами называются однофазные растворы полимера и газа за счет

Микропористыми пластмассами называются однофазные растворы полимера и газа за счет растворения или насыщения полимера сверхкритической жидкостью (С0₂ или N₂), процесс образования центров кристаллизации регулируется за счет измене­ния давления и температуры.

В результате этого процесса образуется пористый материал с диаметром пор от 0,1 до 10 мкм (рис. 7.39) и плотностью нор от 10⁹ до 10^,г> на один кубический санти­метр. MuCell- процесс был предложен Сахом и сотрудниками как средство экономии сырья при производстве массивных полимерных изделий [79]. Основной задачей является сохранение механических свойств. Даже при уменьшении веса изделия на 5-95% за счет замены полимера газом значительно увеличивается прочность изде­лия (поры также служат барьерами на пути трещин, «затупляя» их концы) [79]. Микропористый ПС имеет в пять раз большую ударную прочность, чем ПС, перера­ботанный без насыщения газом [80, 81]. Усталостная долговечность ПК с относи­тельной плотностью пор 0,97 в четыре раза больше, чем у аналога из ненасыщенного газом материала [82]. Более того, поскольку газ заполняет все незаполненные моле­кулярные вакансии между молекулами полимера, он значительно уменьшает вяз­кость [83, 84] и температуру стеклования расплава [79, 85-87]. Поэтому материал можно обрабатывать при значительно более низких давлениях и температурах.

В табл. 7.9 приведено сравнение некоторых свойств микропористых материалов с их ненасыщенными газом аналогами.

Наряду с операциями, которые присущи обычному литью под давлением, техно­логия MuCell включает в себя четыре других:

• Атмосферный газ (N₂ и С0₂) впрыскивается в материальный цилиндр маши­ны для формирования раствора полимер-газ.

• Большое число центров кристаллизации (упорядочивание по величине вы­ше, чем при обычных процессах вспенивания) происходит за счет быстрого и значительного падения давления.

• Рост пор контролируется такими параметрами процесса, как давление и тем­пература в расплаве.

• Формование изделия происходит внутри литьевой формы.

Несмотря на то что в полимере может быть растворено значительное число жидкостей (или газов), многие из них либо корродирующие, либо более дорогие или представляют опасность для здоровья людей.

К наиболее часто используемым газам в процессе MuCell относятся N₂ и С0₂. Растворимость углекислого газа выше, чем растворимость азота, однако азот имеет тенденцию к образованию более мелких пор и дает лучшее качество поверхности из­делия. Чтобы увеличить скорость диффузии азота и углекислого газа в полимере, используется механическое смешение и создание сдвиговых напряжений между га­зом и полимером, что также увеличивает поверхность контакта газа с полимером и уменьшает размеры несмешанных областей. Кроме того, растворимость газа улуч­шается за счет его перевода в «сверхкритическое» состояние. В этом состоянии газ ведет себя как жидкость (сверхкритическая жидкость), поэтому его количество можно точно измерить перед вводом в расплав полимера, но при этом он сохраняет высокую скорость диффузии, что обусловливает его равномерное распределение и растворение в расплаве. Поступление сверхкритического газа в расплав полимера обеспечивается за счет использования отдельной системы, в которой установлен на­сос для сжижения газа. Поступление газа в узел впрыска измеряется электромагнит­ным дозирующим клапаном, который управляется микроконтроллером машины. Для создания раствора газ-полимер используется шнек специальной конструкции. Его можно использовать как для описываемой технологии, так и в традиционном литье.

Растворимость газа возрастает с повышением давления и уменьшением темпера­туры. Перед впрыском давление расплава поддерживается на необходимом уровне с высоким противодавлением шнека, чтобы сохранять газ растворенным в полимере. Кроме того, процесс требует определенной скорости впрыска, чтобы удерживать газ в растворенном состоянии до начала образования микропористой структуры в литье­вой форме [88]. Уплотнение нежелательно, поскольку оно задерживает образование пор растворенным газом. Более того, внутреннее давление растущих пор заменяет давление выдержки.

Во время впрыска образование пор зависит от условий процесса, к которым от­носятся давление и температура расплава. Размер пор в общем случае обратно про-

порционален их плотности и определяется термодинамикой кристаллизации и рос­та пор, а также количеством газа, растворенного в полимере.

В принципе, чем больше количество газа, растворенного в полимере, тем больше плотность пор и тем меньше их размер. Обычно диаметры пор лежат в области от 0,1 до 10 мкм (по сравнению с 250 мкм или более при получении конструкционного пе­нопласта). Размеры пор настолько малы, что их невозможно разглядеть невоору­женным глазом, поэтому такие отливки могут походить на изделия из сплошного по­лимерного материала с приемлемым внешним видом. Основными отличиями между изделиями, изготовленными по технологии микропористого литья, и изделиями, изготовленными по обычной технологии, являются способ формирования структу­ры, размеры и распределение пор, ограничения на толщину и физические свойства, а также внешний вид изделий.

Дата добавления: 2015-08-13