Устройство для литья термопластов и композитов на их основе под давлением

Полезная модель относится к литью термопластов и композитов на их основе с армирующим наполнителем в виде коротких волокон или порошков под давлением и предназначена для создания образцов материалов, пригодных для проведения лабораторных и эксплуатационных испытаний при выполнении научно-исследовательской и учебной работы в высших учебных заведениях, а также для мелкосерийного производства изделий (образцов и деталей) из термопластов и композитов на их основе.
Известно устройство для изготовления полимерных изделий литьем под давлением (RU 2185962, кл. В29С 47/78, В29С 47/82, опубл. 27.02.2002), содержащее трубчатый металлический корпус, нагревательный узел в виде полого керамического цилиндра с наружными винтовыми канавками и уложенным в них нагревательным элементом, нагнетательный узел с приводом на входном конце трубчатого корпуса, мундштуком на выходном конце, примыкающем к литьевой форме, размещенной в основании корпуса. Нагнетательный узел выполнен в виде быстросъемной крышки, закрепленной на корпусе, имеющей вращательно смонтированную на ней, но зафиксированную от осевого перемещения гайку, взаимодействующую с винтом и поршнем, смонтированным на винте.
Однако данное устройство имеет сложность конструкции и низкие технологические возможности для изготовления образцов микроформных и волокнистых полимерных композитов.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для литья пластмасс под давлением (RU 2042513, кл. В29С 45/54, опубл. 27.08.1995), содержащее накопитель расплава, цилиндрический толкатель и пластикатор, выполненный в виде двух коаксиально расположенных цилиндров, между которыми в верхней части расположен подающий подпружиненный шнек, а в нижней части нагреватель.
Однако такое устройство обладает сложностью конструкции, имеет большое количество нагревательных и силовых динамических элементов (подающий шнек, цилиндрический толкатель и поршень со штоками и с цилиндрами), что повышает энергоемкость выполняемых ими функций, поэтому использование такого устройства в лабораторных условиях, в единичном и мелкосерийном производствах экономически нецелесообразно.
Проблемой полезной модели является разработка упрощенного устройства для литья термопластов и композитов на их основе под давлением, обеспечивающее возможность варьирования состава (вид термопласта, количество и тип армирующего наполнителя) композита, экономный расход исходных компонентов, получение качественных образов материалов и деталей, пригодных для проведения лабораторных и эксплуатационных испытаний при выполнении научно-исследовательской и учебной работы в высших учебных заведениях.
Техническим результатом полезной модели является компактность устройства, простота и технологичность конструкции при сохранении возможности получения широкой номенклатуры образцов материалов и деталей для испытаний.
Поставленная проблема и технический результат достигаются тем, что устройство для литья термопластов и композитов на их основе под давлением содержит накопитель расплава, цилиндрический толкатель и пластикатор, в верхней части которого распложены шток, маховик и крышка, а в нижней части нагреватель, при этом равномерный нагрев гранул термопласта и элементов армирующего наполнителя обеспечивается за счет заданной толщины стенки и параметров спирали нагревателя, цилиндрический толкатель и пластикатор объединены и выполнены в виде одного цилиндра, причем расплав подается в полость пресс-формы за счет резьбовой пары, состоящей из штока, перемещающегося в крышке при вращении маховика, и осевого движения цилиндрического толкателя и пластикатора в объеме накопителя расплава.
Полезная модель поясняется чертежом. На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство в разрезе.
Устройство для литья термопластов и композитов на их основе под давлением состоит из корпуса 1 с термопарой 2 и нагревателя 3, которые установлены на основание 4. Давление в накопителе расплава 5 создает цилиндрический толкатель с пластикатором 6, который перемещается со штоком 7 по резьбе в крышке 8 при вращении маховика 9. Перед началом работы на основание 4 устанавливают пресс-форму 10, имеющую полость 11.
Устройство работает следующим образом.
Пресс-форму 10 устанавливают на основание 4. Засыпают гранулы термопласта (полиамид 6, полиамид 66, полиэтилен низкого давления, полиэтилен высокого давления, сополимер формальдегида с диоксоланом, акрилобутадиенстирольный пластик, полипропилен и др.) и наполнителя (короткие стеклянные волокна в оболочке полиамида, короткие углеродные волокна, в т.ч. металлизированные, частицы песка формовочного кварцевого, металлические порошки ПГ-УС25, порошок оксида алюминия и др.; диаметр волокна 5-10 мкм, длина волокна 5-7 мм, размер зерна частицы порошка 40-300 мкм; количество армирующего наполнителя - 1-50 масс % в накопитель расплава 5. Включают электронагрев. Необходимая температура процесса (180-250°С) обеспечивается за счет термопары 2 и нагревателя 3, который оснащен регулятором температуры. В течение 15-20 мин проводят равномерный нагрев гранул термопласта и элементов армирующего наполнителя и формирование расплава. Затем, вращая маховик 9, цилиндрический толкатель с пластикатором 6 перемещают вниз для заполнения полости пресс-формы 11. Формируемый материал выдерживают в полости пресс-формы 11 под давлением при температуре прессования в течение заданного времени, затем давление сбрасывают, пресс-форму 10 вынимают, охлаждают и извлекают готовую деталь (образец материала).
Размеры устройства: 350×200 мм.
3
Объем полости накопителя расплава 5 составляет 0,03 м.
В полости накопителя расплава 5 размещают до 150 г сырья.
Толщина стенки нагревателя 3 составляет 7 мм. Нагрев обеспечивается нихромовым элементом, уложенным в спиральной канавке. Диаметр нихромовой проволоки 0,2 мм. Удельное сопротивление нихрома 1,1 Ом.
Параметры спирали нагревателя 3: диаметр 6 мм, длина 5000 мм, сечение 0,2 мм. Время нагрева спирали ориентировочно 10 с.
Предлагаемое устройство проще по конструкции по сравнению с известными аналогами, так как не имеет механизма пластикации материала и участка подготовительного нагрева термопласта, подача материала в полость пресс-формы и давление в системе обеспечивают за счет ходовой метрической резьбы М 18×2,5 (ГОСТ 24705-2004).
Изготовление устройства технологично в условиях мастерских высших учебных заведений, т.к. для его изготовления используется универсальный токарно-винторезный станок. Устройство для литья термопластов и композитов на их основе под давлением находится на стадии лабораторных испытаний.