Виды пластика для литья

Содержание

• Классификация пластмасс
  • Реакция на нагрев
  • Классификация по структуре
• Основные виды пластика для литья
  • Инженерные и конструкционные
  • Пластики общего назначения
• Полиуретаны для литья в силикон
• Аморфные, полукристаллические и имидизированные пластики: преимущества и недостатки
  • Аморфные
  • Полукристаллические материалы
• Имидизированные пластики
• Цвета пластиков
• Добавки для улучшения свойств
• Как выбрать пластик для литья
• Заключение

Не менее важна технология. Она определяет, насколько точно материал проявит свойства и впишется в бюджет проекта. Для крупных партий применяется литье под давлением: термопластавтоматы (ТПА) впрыскивают расплав в пресс-форму, где пластик застывает и точно копирует все элементы оснастки. Для небольших серий и прототипов выбирают заливку в силикон. Полиуретаны в эластичных литьевых формах передают мельчайшие детали без затрат на стальную оснастку.

Классификация пластмасс

Свойства пластмасс определяют два фактора — поведение при нагревании и внутренняя молекулярная структура. Определив группу, технолог будет понимать, как пластик поведет себя при плавлении, в форме и какие воздействия выдержит готовая деталь.

Реакция на нагрев

Термопластичные пластмассы при нагреве становятся текучими, а при охлаждении затвердевают. Такой цикл можно повторять многократно — химическая структура термопласта не изменится. В нагретом состоянии материал легко заполняет полости, это снижает вероятность дефектов. Его можно отправить на вторичную переработку: старые изделия плавят и делают из них новые. Для экологии это большой плюс. К ограничению относят склонность к ползучести: пластик медленно деформируется под нагрузкой, но без разрушения. При сильном нагреве он размягчается и теряет форму, поэтому для высоких температур не подходит.

Термореактивные пластики, или реактопласты, устроены иначе. При нагреве и отверждении их химическая структура изменяется необратимо, после чего они утрачивают способность переходить в вязкотекучее состояние. Это дает ряд важных свойств:

• высокую термостойкость — при нагреве деталь сохраняет прочность;
• жесткость — реактопласты держат нагрузку лучше многих термопластов;
• химическую стойкость.

Но есть и недостаток: переработать отходы методом плавления не получится.

Термореактивные пластики применяются для производства корпусов электроники, деталей электротехники, изделий для химической промышленности.

Классификация по структуре

Важно, в каком порядке выстроены молекулы материала. У аморфных пластмасс они расположены хаотично, что определяет поведение при литье:

• небольшая и равномерная усадка (важно для деталей с жестким допуском);
• склонность к внутренним напряжениям.

У полукристаллических пластиков структура сложнее: есть и упорядоченные кристаллы, и молекулы в аморфном состоянии, отсюда и свойства:

• высокая усадка (до 3%);
• четкая температура плавления (до ее достижения пластик не размягчается);
• стойкость к агрессивным веществам.

Отличие от аморфных пластиков — баланс жесткости и износостойкости за счет кристаллических зон, но меньшая прозрачность и более сложные требования к температурному режиму литья.

Основные виды пластика для литья

Пластики делят на три группы в зависимости от задач. Одни лучше противостоят нагрузкам, другие рассчитаны на массовое производство потребительских товаров, третьи подходят для быстрого прототипирования.

Инженерные и конструкционные

Такие пластики предназначены для производства высоконагруженных и функциональных деталей.

Для полиамида (ПА 6, ПА 66) характерна прочность, твердость и износостойкость. Он стоек к маслам и смазкам. Гигроскопичен, поэтому обязательна сушка. Его используют для выпуска шестерен, втулок, деталей для автомобилей, механизмов оборудования.

АБС-пластик ударопрочный, его жесткость и ударная вязкость высокие. Он легко окрашивается в массе, дает поверхность с глянцем, но на солнце может выцветать. АБС используют для изготовления корпусов бытовой техники, электроники, предметов интерьера.

Поликарбонат (ПК) объединил хорошую ударную прочность, прозрачность (сопоставима со стеком), стойкость к высоким температурам, электроизоляционные свойства. Из-за гигроскопичности для него обязательна сушка. К недостаткам относят вероятность растрескивания под напряжением. Применение: линзы, медицинские изделия, прозрачные корпусы.

ПК/АБС сочетает ударопрочность поликарбоната и технологичность АБС. Его отличает меньшая термостойкость, чем у чистого поликарбоната, но лучшая текучесть при литье. Подходит для деталей автомобильной промышленности, панелей приборов, корпусных элементов.

Для полиацеталя (POM) характерен низкий коэффициент трения, жесткость, стабильность размеров и хорошая износостойкость. Выпускается как гомополимер (жестче, сложнее в переработке) и сополимер (стабильнее при нагреве). Его используют для изготовления шестерней, подшипников скольжения, высокоточных узлов механизмов.

Инженерный термопластичный полиуретан эластичный, стойкий к истиранию и износу, но чувствителен к гидролизу при высоких температурах. Подходит для создания уплотнителей, амортизаторов, соединительных элементов, защитных накладок.

Пластики общего назначения

Материалы для товаров широкого потребления:

1. Полиэтилен высокой плотности (HDPE). Химически стоек, прочен, удароустойчив. Трудно склеивается. Идет на бутылки, канистры, трубы, крышки.
2. Полиэтилен низкой плотности (LDPE). Гибкий, устойчив к растрескиванию. Размягчается при 80–90°C. Применение: эластичные емкости, пленка, упаковка, мешки.
3. Полипропилен (ПП). Легкий, химически стойкий, выдерживает многократные изгибы. Чувствителен к УФ. Подходит для пищевых контейнеров, шприцев, крышек, деталей техники.
4. Полистирол (ПС). Прозрачный, жесткий, легко красится, но хрупкий на морозе и легко царапается. Используется для одноразовой посуды, недорогих корпусов, декора.
5. Оргстекло / Акрил (ПММА). Прозрачность до 92%, стоек к УФ и атмосфере. Хрупкий, чувствителен к царапинам, активно впитывает влагу, поэтому нужна предварительная сушка. Используется для изготовления линз, защитных экранов, вывесок, декора.

Полиуретаны для литья в силикон

Двухкомпонентные жидкие составы идеальны для единичного, мелкосерийного и опытного производства.

Классификация в зависимости от свойств:

• твердые — для жестких деталей с высокой прочностью;
• резиноподобные — для гибких элементов, уплотнений, амортизаторов;
• прозрачные — для оптических и декоративных изделий;
• УФ‑стойкие — для изделий, эксплуатируемых на улице;
• негорючие — для производства огнестойких предметов.

Полиуретаны используют для изготовления функциональных деталей, прототипов, сувенирной продукции и других изделий.

Аморфные, полукристаллические и имидизированные пластики: преимущества и недостатки

Структура полимера (аморфная или полукристаллическая) определяет вид детали и ее поведение в переработке и под нагрузкой.

Аморфные

Плавятся постепенно, без резкого перехода. Энергии для расплава требуется меньше, формовать их легче при относительно невысоких температурах. Но они склонны к усадке и деформациям при охлаждении — это нужно учитывать.

Высокотехнологичные пластики, такие как ПЭИ и PSU, отличает длительная термостойкость и отличные диэлектрические свойства, поэтому они идут для деталей для аэрокосмической отрасли и компонентов электроники.

Инженерные пластики, такие как поликарбонат и смесь ПК/АБС, дают оптимальный баланс ударопрочности и термостойкости. Они востребованы там, где нужна надежность без больших затрат. Аморфные пластики повседневного назначения (АБС, полистирол, оргстекло) технологичны, легко перерабатываются.

Полукристаллические материалы

Типичные примеры — полиэтилен, полипропилен, полиамиды, полиацеталь, ПЭТФ. Высокотехнологичные полукристаллические пластики, такие как ПЭЭК и ПФС, выдерживают рабочие температуры до 250°C и выше. ПЭЭК заменяет металл в нефтегазовом оборудовании, имплантатах и авиационных узлах. ПФС используют в автомобильных топливных системах и химических насосах, где нужна стойкость к агрессивным средам.

Инженерные полиамиды (ПА 6, ПА 66) и полиацеталь (POM) отличаются прочностью, износостойкостью и стабильностью. Из полиамидов делают зубчатые колеса, втулки. Полиацеталь идет на прецизионные шестерни, подшипники скольжения, высокоточные узлы механизмов.

Полиэтилен и полипропилен — основа массовой упаковки. Благодаря химической стойкости, низкой цене и простоте переработки из них делают бутылки, контейнеры, крышки, пленку и одноразовые шприцы.

Имидизированные пластики

Это отдельный класс высокотемпературных полимеров, в структуре которых есть имидные циклы. Самые известные представители — PI, PAI,PBI. Их главная черта — исключительная термостойкость в сочетании с отличными электроизоляционными свойствами. Они сохраняют работоспособность там, где обычные пластики разрушаются. Поэтому имидизированные материалы применяются в микроэлектронике, аэрокосмической промышленности, автомобилестроении.

Цвета пластиков

Цвет пластика задают изначально или подбирают под задачу. Производители предлагают базовые цвета (например, серый, черный). Но если нужен определенный оттенок, материал колеруют. Для этого используют красители или мастербатчи — концентраты пигмента в гранулах, которые добавляют в сырье на этапе плавления перед литьем.

Для точного воспроизведения цвета используют международные каталоги. Промышленный стандарт RAL Classic включает 210 оттенков. Достаточно указать номер из палитры и производитель получит четкое техническое задание на колеровку.

Добавки для улучшения свойств

Производители добавляют в базовые полимеры специальные компоненты — модификаторы, наполнители, стабилизаторы. Они улучшают характеристики базовых пластиков:

1. Армирующие наполнители. Стеклянные и углеродные волокна повышают жесткость, прочность и устойчивость к высоким температурам. Например, полиамид со стекловолокном держит нагрузки почти как металл.
2. Модификаторы ударной вязкости. Эластомеры добавляют в хрупкие пластики, чтобы они не разбивались при падении. Пример — ударопрочный полистирол.
3. Стабилизаторы. УФ-стабилизаторы защищают от солнца, а термостабилизаторы не дают пластику деградировать при высоких температурах.
4. Антистатические добавки. Снимают статику.
5. Антипирены. Огнезащитные добавки заставляют пластик затухать, а не гореть. Обязательны в электронике и бытовой технике.
6. Антимикробные компоненты. Используются в медицине и пищевой промышленности.
7. Пластификаторы. Делают материал эластичным.
8. Красители и оптические отбеливатели. Дают чистый белый цвет, яркие оттенки или спецэффекты, например, свечение в темноте или перламутр.

Как выбрать пластик для литья

Оцените такие параметры:

1. Нагрузка. Определите характер и интенсивность: изгиб, растяжение, удар, трение. Для нагруженных шестерен и узлов выбирайте полиамиды или полиацеталь. Для ударопрочных корпусов подойдет АБС-пластик.
2. Температура. Зафиксируйте рабочий диапазон и возможность кратковременных перегревов. Для высоких температур нужны термостойкие материалы — поликарбонат, полиамид. Для оборудования, работающего на морозе, — полипропилен и полиэтилен.
3. Химические среды. Составьте перечень веществ, с которыми будет контактировать изделие: вода, масла, растворители, кислоты, щелочи. Для агрессивных сред подойдут полипропилен, полиэтилен, ПЭТФ. Для деталей, работающих в маслах, — полиамид и полиацеталь.
4. Усадка. Уточните коэффициент (от 0,2 до 3%). У полукристаллических материалов усадка выше и может различаться по направлениям.

Проверьте, критичны ли для задачи прозрачность, электроизоляционные свойства, огнестойкость, устойчивость к ультрафиолетовому излучению.

Заключение

Выбор пластика — это часто компромисс между характеристиками и ценой. Идеального материала нет, но для каждой конкретной задачи и условий можно найти оптимальное решение. Наш обзор охватывает ключевые группы пластиков, их свойства и особенности переработки. Информации достаточно для выбора подходящего материала и старта проекта.