Plastmasas ražošanas liešanas metodes un piemēroti plastmasas veidi
Liešana ir ražošanas metode, ko plaši izmanto plastmasas izstrādājumu radīšanai, īpaši, ja nepieciešamas gludas virsmas, detalizētas formas vai maza vai vidēja mēroga ražošana. Atšķirībā no iesmidzināšanas formēšanas, kurai nepieciešams augsts spiediens un specializētas iekārtas, liešana ir salīdzinoši vienkāršāka, jo plastmasas materiāls šķidrā vai šķīduma veidā tiek ielejams veidnē un pēc tam ļauj tam sacietēt, atdzesējot, veicot ķīmiskas reakcijas vai iztvaicējot šķīdinātāju. Šajā rakstā ir aplūkoti plastmasas ražošanas liešanas metožu pamatprincipi, procesa posmi, to priekšrocības un trūkumi, kā arī vispiemērotākie plastmasas veidi.
Kas ir plastmasas liešanas tehnika?
Vispārīgi runājot, liešana ir objekta veidošanas process, ielejot šķidru materiālu veidnē, kas pēc tam sacietē un pielāgojas veidnes dobuma formai. Plastmasas kontekstā "šķidrums" var nozīmēt vairākas lietas: divkomponentu sveķus, kas reaģē, veidojot cietu polimēru, izkausētu plastmasu vai plastmasu, kas izšķīdināta šķīdinātājā (šķīdinātāja liešana). Pēc sacietēšanas produkts tiek izņemts no veidnes un parasti tiek apstrādāts, piemēram, griezts, slīpēts vai pārklāts.
Liešanas metodes bieži izmanto, lai izveidotu prototipus, dekoratīvus komponentus, caurspīdīgas lēcas vai pārsegus, pārklājumus un pat rūpnieciskas detaļas ar specifisku ģeometriju, ko ir grūti panākt ar citiem procesiem. Tā kā plastmasas izvēle lielā mērā ir atkarīga no materiāla plūsmas īpašībām un veidnes konstrukcijas, tā ir ļoti svarīga, lai sasniegtu izturīgus, stabilus un bez defektiem iegūtus rezultātus.
Plastmasas liešanas metožu veidi
1. Sveķu liešana (ķīmiskās reakcijas liešana)
Šī ir vispopulārākā mūsdienu plastmasas liešanas metode. Sveķi (parasti divas sastāvdaļas: sveķi un cietinātājs) tiek sajaukti un pēc tam ielejti veidnē. Pēc tam notiek polimerizācijas reakcija, kuras rezultātā tie sacietē.
Materiālu piemēri: poliuretāna (PU) sveķi, epoksīdsveķi, poliestera sveķi.
Piemērots: detalizētām detaļām, hobiju/amatniecības izstrādājumiem, rūpnieciskiem prototipiem, elektriskām detaļām (podiem).
2. Šķīdinātāja liešana (liešana no šķīduma)
Polimēru izšķīdina piemērotā šķīdinātājā, līdz tas veido biezu šķīdumu, pēc tam lej uz līdzenas virsmas vai veidnes. Šķīdinātājs lēnām iztvaiko, atstājot plastmasas plēvi.
Materiālu piemēri: PVC, celulozes acetāts, PVA, daži akrila veidi noteiktās sistēmās.
Piemērots: plānām plēvēm, elastīgām loksnēm, pārklājumiem, membrānām.
3. Kausējuma liešana (liešana no kausējuma)
Plastmasu karsē, līdz tā izkūst un kļūst plūstoša, pēc tam ielej veidnē, pirms atdziestot tā atkal sacietē. Šī metode ir sarežģītāka, jo daudziem termoplastiem ir augsta viskozitāte pēc kausēšanas, kas prasa temperatūras un dažreiz arī spiediena kontroli.
Materiālu piemēri: daži neilona veidi un speciālie termoplasti (atkarībā no pielietojuma un aprīkojuma).
Piemērots: noteiktām lietojumprogrammām, kas nodrošina stabilu sildīšanu un karstumizturīgas veidnes.
Liešanas procesa vispārīgie posmi
Lai gan veidi atšķiras, liešanas process parasti notiek šādi:
1. Veidnes dizains un sagatavošana
Veidnes var izgatavot no silikona (augstai detalizācijai un vieglai noņemšanai), metāla, stikla vai cietas plastmasas. Silikons bieži tiek izvēlēts sveķu liešanai, jo tas ir elastīgs, izturīgs pret daudziem sveķiem un viegli izņemams no formas.
2. Atbrīvošanas līdzekļa ievadīšana
Atbrīvošanas līdzekļi novērš produkta pielipšanu pie veidnes. Tas ir īpaši svarīgi stingrām veidnēm vai sveķu materiāliem, kas mēdz "iekost" veidnes virsmu.
3. Materiālu svēršana un sajaukšana
Ar divkomponentu sveķiem sajaukšanas attiecībai jābūt precīzai. Nelielas kļūdas var izraisīt trauslu, lipīgu vai nepilnīgu sacietēšanu.
4. Degazācija (burbuļu samazināšana)
Gaisa burbuļi ir viens no visbiežāk sastopamajiem defektiem. Degazēšanu var veikt, izmantojot vakuuma kameru, lēni ielejot vai izmantojot spiediena katlu pēc ieliešanas, lai "saspiestu" burbuļus ļoti mazos gabaliņos.
5. Ieliešana un plūsmas kontrole
Lēšanas tehnika ietekmē kvalitāti: liešana no viena punkta, plānas strūklas uzturēšana un turbulences novēršana palīdz samazināt burbuļu veidošanos.
6. Sacietēšana/žāvēšana/dzesēšana
Sveķu sacietēšana var ilgt no vairākām minūtēm līdz pat stundām. Šķīdinātāja liešanai nepieciešama kontrolēta iztvaikošana, lai novērstu plaisāšanu. Kausējuma liešanai sacietēšanai nepieciešama dzesēšana.
7. Demontāža un apdare
Produkts tiek izņemts no veidnes, pēc tam apgriezts, izlīdzināts, pulēts (caurspīdīgumam) vai krāsots/pārklāts ar UV starojumu.
Liešanas metožu priekšrocības un trūkumi
Priekšrocības:
– Piemērots maza mēroga ražošanai un prototipiem, jo instrumentu izmaksas ir salīdzinoši zemas.
– Spēj radīt sīkas detaļas, tostarp virsmas tekstūras.
– Var izgatavot biezas detaļas vai sarežģītas formas bez dārgām iekārtām (īpaši sveķu liešanas).
– Plašas materiālu īpašību izvēles iespējas: caurspīdīgas, elastīgas, stingras, triecienizturīgas un karstumizturīgas (atkarībā no sveķiem).
Trūkums:
– Procesa laiks ir ilgāks nekā iesmidzināšanas formēšanas laikā (īpaši sacietēšanas laikā).
– Burbuļu, saraušanās vai virsmas defektu risks, ja process netiek kontrolēts.
– Daži sveķi sacietēšanas laikā izdala siltumu (eksotermiski), tāpēc pastāv plaisāšanas risks biezās daļās.
– Starp partijām var būt grūtāk uzturēt konsekvenci nekā augstspiediena rūpnieciskajos procesos.
Liešanai piemēroti plastmasas veidi
Tālāk ir norādīti visizplatītākie plastmasas/sveķu veidi, kas piemēroti liešanas tehnikām, kā arī to īpašības.
1. Poliuretāna (PU) liešanas sveķi
PU ir ļoti populārs liešanai, jo to ir viegli apstrādāt un tas ir pieejams ar dažādām īpašībām: no elastīgiem līdz stingriem elastomēriem, piemēram, ABS.
Priekšrocības:
– Sacietēšana notiek samērā ātri.
– Mehāniskās īpašības var regulēt (cieši elastīgas).
– Piemērots repliku detaļu un prototipu izgatavošanai.
Pielietojums: mazi riteņi, aizsargbamperi, korpusi, vieglās rūpniecības komponenti.
2. Epoksīda sveķi
Epoksīdsveķi ir pazīstami ar savu labo saķeri, mehānisko izturību un izmēru stabilitāti.
Priekšrocības:
– Izturīgs un ķīmiski izturīgs.
– Zema saraušanās.
– Piemērots kompozītmateriālu laminātiem (stikla/oglekļa šķiedras).
Trūkums:
– Var būt dārgāk, un ārstēšana var aizņemt ilgāku laiku.
– Daži veidi mēdz dzeltēt, pakļaujoties UV starojumam (izņemot īpašas UV starojuma izturīgas epoksīdsveķu masas).
Pielietojums: elektronikas podiņi, mazi strukturālie komponenti, epoksīda galdi, pārklājumi.
3. Poliestera sveķi
Poliestera sveķus bieži izmanto stiklšķiedras rūpniecībā, jo tie ir ekonomiskāki un process ir salīdzinoši vienkāršs.
Priekšrocības:
– Zemākas izmaksas.
– Piemērots stikla šķiedras kompozītmateriāliem.
Trūkums:
– Asāka smaka (stirols) un nepieciešama laba ventilācija.
– Saraušanās var būt lielāka nekā epoksīdsveķiem.
Pielietojums: stikla šķiedras paneļi, virsbūves komplekti, GRP (stikla šķiedras pastiprinātas plastmasas) izstrādājumi.
4. Akrila (PMMA) liešana (lietais akrils)
PMMA ir pazīstams kā "akrils", kas ir dzidrs kā stikls. Lietā akrila veidā materiālu var ražot liešanas procesā, kā rezultātā tas iegūst izcilu dzidrumu.
Priekšrocības:
– Augsta caurspīdība un laba virsma.
– Laika apstākļu stabilitāte ir labāka nekā daudzām citām caurspīdīgām plastmasām.
Pielietojums: lēcas, displeji, caurspīdīgi paneļi, augstākās kvalitātes izkārtnes.
5. PVC (šķīdinātāja liešana plēvei/pārklājumam)
PVC var apstrādāt ar šķīdinātāja liešanu, lai iegūtu īpašas loksnes vai slāņus.
Priekšrocības:
– Elastīgs (atkarībā no plastifikatora).
– Piemērots plēvēm un pārklājumiem.
Piezīme: šķīdinātāja izvēle un iztvaikošanas kontrole ir ļoti svarīgas kvalitātes nodrošināšanai.
6. Silikons (nevis klasiska plastmasa, bet bieži vien lieta)
Lai gan silikons tiek klasificēts kā elastomērs, to visbiežāk formē, izmantojot liešanas metodi (divkomponentu). Silikons bieži tiek izmantots arī kā formēšanas materiāls citiem sveķiem.
Pielietojums: blīves, elastīgas veidnes, noteiktas medicīnas sastāvdaļas, blīvējumi.
Padomi plastmasas izvēlei liešanai
1. Nosakiet mehānisko īpašību prasības: vai materiālam jābūt cietam, elastīgam vai triecienizturīgam.
2. Pievērsiet uzmanību izstrādājuma biezumam: biezākām detaļām ir lielāks eksotermiska karstuma (daži sveķi), plaisāšanas vai saraušanās risks.
3. Apsveriet izskatu: caurspīdīgiem izstrādājumiem izvēlieties sveķus ar augstu dzidrumu un labām pulēšanas spējām (piemēram, noteiktas epoksīdsveķu masas vai lietais akrils).
4. Pārbaudiet izturību pret vidi: UV starojums, karstums vai ķīmiskās vielas var prasīt īpašus sveķus.
5. Pielāgojiet formēšanas metodei: silikons ir piemērots daudziem sveķiem, savukārt stingrām veidnēm var būt nepieciešams atbilstošs atbrīvošanas līdzeklis.
Secinājums
Liešana ir efektīva plastmasas ražošanas metode, ja ir nepieciešama dizaina elastība, smalkas detaļas un zemākas sākotnējās izmaksas salīdzinājumā ar tādiem procesiem kā iesmidzināšanas formēšana. Izprotot dažādos liešanas veidus — sveķu liešanu, šķīdinātāja liešanu un kausējuma liešanu — un izvēloties pareizo materiālu, piemēram, PU, epoksīdsveķus, poliesteru, akrilu vai PVC, iegūtais produkts var apmierināt gan funkcionālās, gan estētiskās vajadzības. Veiksmīgas liešanas atslēga ir sajaukšanas, liešanas kontrole, burbuļu samazināšana un pareiza sacietēšana.
Ja vēlaties, varu pielāgot šo rakstu tehniskākam (piemēram, pievienot procesa parametrus, sveķu maisījuma attiecības piemērus vai konkrētu produktu gadījumu izpētes) vai izveidot vienkāršāku versiju skolas uzdevumiem.
