Никогда не рано сделать правильный выбор полимера

Три причины тщательно изучить процесс литья под давлением и получить лучший результат.

При разработке и проектировании продукта или детали, отвечающих требованиям заказчика, большое значение имеет подбор материала. Свойства материала могут помочь, либо помешать выполнению проектных характеристик и функциональности изделия. Правильный выбор материала может превысить первоначальные ожидания, особенно если речь идет о полимерах.

Со времен железного века металл занимал первые позиции благодаря своей ковкости и прочности. Однако сегодня дизайнеры все чаще выбирают пластик для изготовления различных изделий и комплектующих. Полимеры имеют несколько преимуществ относительно металла, например, позволяют уменьшить вес изделия и время обработки.

Переход от металла к пластику все чаще встречается при производстве сложных деталей, получаемых методом литья под давлением. Краткое сравнение позволяет понять причины такого рода перехода.

Металлические изделия требуют применения дорогостоящего и высокоточного оборудования, индивидуальной обработки, дополнительной обработки для предотвращения коррозии, а также обладают отличной теплопроводностью, что не очень хорошо для применения в высокотемпературных областях.

Изделия из пластика же могут быть изготовлены при помощи всего лишь одной пресс-формы, быстро и в больших объемах. Сам материал не подвержен коррозии, не требует дополнительных обработок, а также, обладая низкой теплопроводностью, может служить в качестве термоизоляции.

Популярность пластика обусловлена тем, что наука делает огромные успехи в исследованиях и разработках, результатом чего является быстрый рост ассортимента полимерных материалов. Другим преимуществом полимеров является возможность использования различных добавок, повышающих их физико-механические и химические свойства.

Правильный выбор материала в сочетании с оптимальной эргономичностью позволяют производить изделия из пластика, не уступающие по прочности металлу, но при этом имеющие гораздо меньший вес. На сегодняшний день имеется практически бесконечное количество марок полимеров с различными добавками. Чтобы определиться, какой материал лучше всего подходит для конкретной детали, стоит обратиться к опытному специалисту в области литья под давлением, который поможет найти верное решение.

Подбор материала должен осуществляться на самых ранних стадиях разработки проекта, в идеале совместно с производителем инжекционно-литьевого оборудования, чьи экспертные знания технологических процессов станут основой для наиболее эффективного и экономически выгодного решения, а также позволят максимально улучшить свойства продукта, важные для потребителя.

Рассмотрим ключевые аспекты подбора материала с учетом характеристик изделия, свойств полимеров и особенностей технологического процесса литья под давлением.

Многослойное литье под давлением

Для производства устройств, как это, применяется метод многослойного литья. В этом случае необходимо тщательно проанализировать взаимодействие между твердым основанием и резиновым покрытием.

Внимание к условиям эксплуатации продукта

Когда дело доходит до выбора полимера или полимерной композиции для конкретного проекта, стоит понимать, где и как будет использоваться конечный продукт, а также предъявляемые к нему требования. Учитываются такие факторы как: прочность, твердость, устойчивость к химическому и тепловому воздействию, гибкость, ударопрочность, внешний вид, электро- и теплопроводность, способность к экранированию, фрикционные свойства и огнестойкость.

Расставив приоритеты, можно отобрать наиболее подходящие материалы, способные улучшить качества данного изделия. Помимо вышеперечисленных свойств, следует уделить внимание еще некоторым факторам, влияющим на выбор материала:

  • Физические характеристики. Каковы требования к динамическим и весовым нагрузкам? Каков предел усталостной прочности? Каковы требования безопасности?
  • Механическая функция изделия. Способно ли изделие выдерживать скручивание и сжатие?
  • Температурные условия. Будет ли продукт подвергаться перепадам температур и воздействию экстремальных температур?
  • Химическое воздействие. Будет ли изделие использоваться в промышленной среде, и возможно ли попадание на него веществ, способных разъедать и разрушать пластик, таких как смазки, масла и растворители?
  • Разнородные материалы. При использовании метода многокомпонентного или многослойного литья (когда одно изделие изготавливается из двух и более видов материалов) необходимо учитывать совместимость данных материалов, а также их взаимодействие с другими компонентами системы.
  • Высокотемпературные пластики. С полимерами данной категории сложно работать, так как они имеют большую температуру плавления, а значит нужно учитывать и аспекты безопасности, и особенности литья под давлением этих материалов.

Выбор полимера

Тщательная оценка всех аспектов разрабатываемого проекта позволяет сузить диапазон выбора материала, а подробное рассмотрение характеристик подходящих полимеров поможет определиться окончательно.

Применение пластмасс в машиностроении

Пластмассы приходят на смену металлу во многих областях применения.

Долговечность

Производители надежной электронной техники понимают, что их клиенты рассчитывают на то, что их устройства способны работать в сложных условиях, выдерживать удары и вибрацию. Для таких прочных изделий лучше всего подойдут поликарбонат (PC), акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS), полиэтилентерефталат (PET) и нейлон.

Для увеличения ударопрочности специалисты по литью под давлением рекомендуют добавлять в расплав эластомерные полимеры. Эластичные по своей природе, они не повреждаются при деформации, а эффект памяти формы позволяет восстанавливать первоначальную структуру даже после скручивания, растяжения и сжатия. Подобные комбинированные составы являются идеальным решением для изделий, сталкивающихся с такими рисками, например, корпуса различных устройств и монтажные конструкции.

Практически все эластомеры легко гнутся при механическом воздействии, если они не армированы, в то же время, при увеличении их твердости они становятся более ломкими.

Полиуретановые эластомеры сохраняют максимальную гибкость, являются оптимальным выбором в случаях, когда наряду с большой ударопрочностью требуется еще и высокая твердость. Наслаивание термопластичных эластомеров на основу также позволяет добиться прочности и защитить от воздействия внутреннюю часть устройства.

К добавкам, улучшающим механические свойства полимеров, относится стекловолокно, углерод.

Жесткие допуски

Разные виды пластмасс могут давать разные допуски для одного и того же изделия, поэтому иногда приходится делать выбор между требуемыми допусками и физическими свойствами полимеров. Необходимость придерживаться жестких допусков может стать проблемой при работе с пластиковыми материалами, так как они имеют разные коэффициенты усадки, теплового расширения, влагопоглощения, а в случае с кристаллическими материалами, кристаллы могут продолжать расти уже после отливки. Соблюдать жесткие допуски возможно, если создать среду с контролируемым микроклиматом, в обычных же условиях производства температура и влажность постоянно меняются.

Данные характеристики должны быть учтены при комбинировании полимеров с различными добавками. Как они будут взаимодействовать с другими материалами (например, металлом)? Как будет вести себя материал при эксплуатации в условиях частых колебаний температуры и влажности?

Что касается соблюдения жестких допусков, специалисты рекомендуют использовать два типа пластмасс. Аморфные полимеры, характеризующиеся беспорядочностью расположения молекул, придают изделию прочность и упругость, к ним относятся: акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS), сополимеры стирола и акрилонитрила, поливинилхлорид (PVC), поликарбонат (PC) и полистирол (PS).

Структура кристаллических полимеров представляет собой упорядоченные цепи с высокой плотностью расположения. Данная группа пластиков обладает меньшей растяжимостью, но большей химической стойкостью. К ним относятся: полиацеталь (POM), полиамид (PA), полиэтилен (PE), полипропилен (PP), полиэфир (PET) и полифениленсульфид (PPS).

Пластмассы для литья под давлением

Индустрия пластмасс предлагает огромное количество полимеров, способных удовлетворить требования для конкретного изделия.

Высокая температура

Одной из самых больших проблем, возникающих при использовании высокотемпературных пластиков является их высокая температура плавления, зачастую превышающая 370°С. Расплав различных полимерных материалов ведет себя по-разному при высокой температуре, он может начать разлагаться при нарушении температурного режима переработки, что приведет к увеличению количества бракованных изделий.

Качество продукта зависит не только от выбранного материала, но и от тщательности соблюдения температурного режима. Наиболее популярными высокотемпературными полимерами являются: полифталамид (PPA), полифениленсульфид (PPS), полисульфон (PSU), полиэфиримид (PEI), полиамидимид (PAI), этилен-тетрафторэтилен (ETFE) и полиэфирсульфон (PES). Они применяются для изготовления бытовых принадлежностей, комплектующих газонокосилок и деталей, расположенных в непосредственной близости с двигателем снегоуборочных машин.

Проводимость

Сегодня часто встречаются продукты, требующие использования полимеров с высокой теплопроводностью, как, например, радиаторы светодиодных конструкций, применяемых в коммерческой сфере и в автомобильной промышленности. Такие виды пластмасс также могут стать заменой алюминиевым деталям различных устройств. Производители применяют нанотехнологии для изготовления крошечных металлических нитей и волокон, которые включают в полимерную матрицу для усиления проводимости пластика.

Поставщики материалов предлагают армированные волокнами из нержавеющей стали и никелированного углерода поликарбонат (PC), полипропилен (PP), акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS), полиамид 66 (PA) и полистирол (PS). Метод литья под давлением позволяет производить сложные детали из пластика, обладающие меньшей жесткостью, износостойкостью и проводимостью, чем металлы, но вполне способные адекватно заменить металлические детали в различных устройствах, при этом имея меньший вес и зачастую более низкую себестоимость.

Добавляя определенные наполнители, можно достичь увеличения эластичности, электропроводности, термостойкости, а также устойчивости к ультрафиолетовому излучению. Наиболее часто в качестве добавок используются: минералы, кварц, керамический наполнитель, углеродный порошок или волокно, стекловолокно, металлический порошок.

Уникальные характеристики

В некоторых случаях конструкторы затрудняются с определением четких требований к материалу. Например, производитель компонентов для системы уборки мусора должен учесть не только особенности конкретной детали, но и его взаимодействие с другими узлами устройства. В данном случае жесткий пластиковый корпус должен выдерживать нагрузки, получаемые в процессе эксплуатации, а также быть совместимым с остальными деталями конструкции: уплотнителями, металлическими, резиновыми и другими пластиковыми частями.

Многослойное литье позволяет избежать протечек, но в этом случае при подборе материала основы следует принять во внимание характеристики резинового покрытия. Отличным выбором в качестве жесткой основы является полипропилен с добавлением стекловолокна.

Сам по себе полипропилен относительно недорог. Добавление стекловолокна позволяет добиться требуемой структурной жесткости, а также позволяет применять метод многослойного литья. При работе с таким материалом очень важно соблюдать условия технологического процесса, так как появление стекловолокна на поверхности уменьшает адгезию.

На производстве инжекционно-литьевого оборудования

Подобно тому, как вы являетесь экспертом по техническим характеристикам вашего продукта, опытные производители имеют глубокие знания о том, как ведут себя различные полимеры в процессе производства.

Специально обученные инженеры по литью под давлением знают все тонкости этого технологического процесса, могут тщательно контролировать все факторы производства, влияющие на качество конечного продукта. Рассмотрим наиболее важные критерии инжекционно-литьевого формования.

Дизайн: Привлечение специалиста по литью под давлением к разработке дизайна-проекта — это ключ к успеху. Выбор материала и особенности процесса производства могут повлечь необходимость внесения изменений в конструкцию изделия. А в некоторых случаях выбранный полимер может даже неожиданно улучшить ожидания от качества продукта.

Например, высокотемпературные полимеры могут быть очень чувствительными в точках стыка и в местах линий спая. В зависимости от материала и температуры, разница в коэффициентах усадки может повлечь образование нежелательных пустот и других дефектов. Опытный специалист способен составить кривую вязкости материала, смоделировать и проанализировать процесс литья на ранней стадии, что позволит минимизировать усадку и оптимизировать процесс формования.

Инструментальная сталь: Для крупносерийного производства выгодно вкладывать деньги в высококачественную инструментальную оснастку во избежание чрезмерного износа инструмента. Выбор стали для пресс-формы обусловлен количеством абразивных наполнителей в полимере.

Размер термопластавтомата: Оборудование для литья полимеров должно быть подобрано надлежащим образом, чтобы время переработки материала не превышало допустимый предел, так как в этом случае могут ухудшаться свойства расплава, а на отливках появляться видимые поверхностные дефекты, такие как обесцвечивание и следы ожогов.

Содержание влаги: Некоторые виды пластмасс гигроскопичны и хорошо поглощают влагу, что может влиять на поведение материала в процессе литья. Малейшее попадание влаги в расплав приводит к ухудшению вязкости материала, а как следствие проблемы с размерами отлитого продукта и его внешним видом.

Вентиляция: Правильное расположение и размер вентиляционных отверстий имеют решающее значение для технологического процесса. Они позволяют воздуху и летучим веществам выходить из полости пресс-формы. Повышенная концентрация летучих веществ заставляет воздух выходить быстрее, при этом может увеличиваться хрупкость пластика, ухудшаться качество линий спая, а на поверхности могут оставаться следы ожогов и другие дефекты, влияющие на качество и внешний вид продукта.

Охлаждение: Охлаждение — возможно самый важный этап процесса литья под давлением, особенно если применяются высокотемпературные полимеры. Использование правильного дополнительного оборудованиятермостатов, чиллеров — улучшает стабильность усадки и уменьшает диапазон отклонений размеров. К примеру, нейлон чрезвычайно восприимчив к короблению, но опытный инженер по литьевому формованию знает, как избежать этого, правильно разместив каналы охлаждения.

Эксперты в области литья полимеров под давлением

Эксперты в области литья под давлением обладают глубокими знаниями о том, как ведут себя различные полимеры в процессе производства.

Правильный выбор пластика способен расширить возможности дизайна

Потребности рынка приводят к разработке высокоточных, эстетично выглядящих изделий с высокой производительностью. Разнообразие возможных компонентов сплава позволяет дизайнерам расширять границы своих представлений и достигать оптимального баланса удобства использования, внешнего вида, долговечности и совместимости продукта.

Изобилие представленных пластмасс на рынке полимерных материалов делает выбор материала не проблемой, а возможностью превзойти ожидания от изделия. Поэтому, в интересах проекта — на ранних этапах обратиться за помощью к специалистам и подобрать подходящие варианты полимеров, которые будут соответствовать требованиям разработчиков продукта или детали. В процессе выбора учитывается не только возможность материала быть использованным для данного проекта, но и то, какие добавки могут помочь соответствовать особенностям дизайна.

Тесно сотрудничая с инженерами-конструкторами, специалист по литью под давлением может понять требования к продукту и пригодность выбранных материалов. Подобный подход позволяет получить успешный и экономически эффективный проект.


Оставьте заявку для консультации с менеджером
Заполните поле телефон


Наверх