Разработка, производство и продажа оборудования
и материалов для стоматологов и зубных техников

+7 (499) 707-16-68

ПЭЭК - технологические параметры переработки и изготовления изделий


Технологические параметры переработки и изготовления изделий.


1. Особенности переработки полиэфирэфиркетонов

Считается, что полиэфирэфиркетон (ПЭЭК) хорошо перерабатывается литьем под давлением, так как при температуре переработки являются термически стабильными материалами. Однако материалы имеют повышенную вязкость (сравнимую с вязкостью поликарбоната), что необходимо учитывать при выборе термопластавтомата, оценке технологичности конструкции изделия и проектировании пресс-формы.

Полиэфирэфиркетоны – кристаллизирующиеся материалы (за редким исключением), их свойства (механические, усадочные и др.) во многом зависят от степени кристалличности. Для получения качественного изделия очень важно обеспечить равномерную степень кристалличности по изделию. Поэтому ключевыми вопросами качественного литья этих материалов высокая температура формы и равномерное охлаждение литьевой полости. При недостаточно высокой температуре формы на поверхности изделия образуется слой атмосферного материала, имеющий коричневый цвет.

Материалы очень чувствительны к высоким скоростям сдвига.

Представленная ниже информация относится к полиэфирэфиркетону (ПЭЭК), если специально не оговорено другое.


2. Литьевая машина

Для переработки материала используется литьевая машина, позволяющая устанавливать требуемую высокую температуру цилиндра. Предпочтительнее применение машины с обогреваемым бункером (температура бункера 100° С).

Высокая вязкость ПЭЭК требует применения литьевой машины с повышенным давлением впрыска.

При выборе машины и определении гнездности рекомендуется ориентироваться на распорное усилие в форме т/см2. Необходимо предусмотреть запас 20% по усилию замыкания, причем для отливок, расположенных в форме несимметрично, запас должен быть увеличен. Во многих случаях требуется меньшее усилие замыкания, однако, без проведения расчетов (в компьютерном анализе и др.) рекомендуется ориентироваться на высокие значения давления выдержки и соответственно усилия замыкания ввиду высокой вязкости расплава и сложности уплотнения изделия.

Не смотря на термическую стабильность ПЭЭК, изготовители материала не рекомендуют применять машины с объемом впрыска, превышающим объем изделия более, чем в 5 раз.

Система управления. При использовании горячеканальных форм рекомендуется минимум три ступени скорости впрыска, для холодноканальных форм 4 ступени скорости впрыска.

При переработке материала рекомендуется использовать бронированные цилиндр т шнек.

Рабочие части машины не должны содержать деталей из медных сплавов, т.к. следы меди при температурах расплава вызывают деструкцию полимера.

Оптимальный шнек L/D = 18:1-24:1, степень сжатия: 2-3. Рекомендуется применять шнек с достаточно длинной зоной загрузки (9-12 D).

Сопло: открытое с максимально возможным диаметром отверстия, использование запирающихся сопел не рекомендуется. Машина должна иметь достаточно мощный обогрев сопла.


3. Пресс-форма
3.1. Литниковая система

Не рекомендуется использовать тонкие впускные литники. Малая толщина впускного литника затрудняет процесс впрыска (может вызвать недолив), приводит к высоким скоростям сдвига, способствующим появлению дефектов при впрыске (струйное заполнение, матовые пятна на впуске), вызывает проблемы при уплотнении (утяжины, внутренние усадочные раковины, дефекты текстуры). Рекомендуемый минимальный диаметр впускных литников для ненаполненных марок – 1 мм, для наполненных марок – 2 мм. Длина впускного литника не должна превышать 0.8 мм. Не рекомендуется применять туннельные литники.

Особое внимание рекомендуется обратить на конструкцию области перехода от разводящего литника к впускному, переход должен быть коротким, но не должен содержать острых углов. Длинный переход к впускному литнику способствует остыванию фронта расплава перед впуском.

Холодноканальные разводящие литники должны быть достаточно толстыми и короткими, т.к. высокая вязкость материала приводит к большим потерям давления при впрыске и затрудняет уплотнение.


3.2. Вентиляция

Толщина вентиляционных каналов: 0,04-0,08 мм.


4. Подготовка материала
4.1. Сушка

Допустимая влажность: ? 0,05-0,1 %.
Температура сушки : 150 – 170° С.
Время сушки: 2 – 4 ч (сушилка с циркуляцией сухого воздуха). Точка росы осушенного воздуха: -29° С.


5. Условия литья

См. Технологические параметры процесса литья.


5.1. Температура расплава и время пребывания материала при высокой температуре

Температура расплава: 360 – 400° С.
Пример задания температур по зонам (рекомендации изготовителей материалов):

материал:

фирма:

сопло:

зона 3:

зона 2:

зона 1:

бункер:

примечание:

Victrex ПЭЭК 150G

Victrex

365

360

355

350

 

ненаполненный

Victrex ПЭЭК 150CA30

Victrex

375

370

365

355

 

30% CF

Victrex ПЭЭК 150GL30

Victrex

385

380

370

360

 

30% CF

Victrex ПЭЭК 450G

Victrex

375

370

365

355

 

ненаполненный высоковязкий

Максимальное время пребывания расплава в цилиндре: 1 час. При более длительных перерывах в работе рекомендуется снизить температуру цилиндра до 240° С. При остановке процесса более, чем на 3 часа , рекомендуется очистить цилиндр.

При использовании цилиндра и шнека с нитридным покрытием, необходимо следить за тем, чтобы материал в цилиндре не охлаждался до температуры затвердевания, т.к. высокая адгезия полимера к нитридному покрытию может привести к разрушению покрытия при последующем запуске процесса.


5.2. Температура формы

Температура формы: 150 – 190; 160 – 220; 175 - 205° С.
Использование высокой температуры формы позволяет получить изделие с наиболее равномерной степенью кристалличности.
При меньших температурах формы на поверхности изделия образуется слой атмосферного полимера, имеющего другие усадочные характеристики. Это может привести к короблению изделия.


5.3. Впрыск

Из-за высоко чувствительности ПЭЭК к скоростям сдвига при литье этого материала высокие скорости впрыска используются. Оптимальная скорость впрыска зависит от вязкости полимера. При увеличении вязкости скорость впрыска уменьшается.
Макс. давление при впрыске зависит от вязкости материала, конструкции изделия (толщина, длина затекания) и литниковой системы.
Макс. скорости сдвига при впрыске: 10000 1/с.


5.4. Уплотнение и охлаждение

Давление выдержки: 40-80 Мпа. Во избежание высоких остаточных напряжений не рекомендуется использовать высокое давление выдержки.
Время выдержки под давлением для холодноканальных пресс-форм определяется на основе оценки времени застывания впускного литника.
Время выдержки на охлаждение определяется на основе оценки времени, необходимого для полного охлаждения самой толстой части изделия.


5.5. Загрузка

Противодавление: 0,1 – 2 Мпа.


5.6. Переработка вторичного материала

Допускается давление макс. 30% вторичного материала для ненаполненных марок и 15% - для наполненных марок.


5.7. Чистка машины

Для чистки материального цилиндра может применяться высоковязкий РЕ или РР.


6. Точное литье

Полиэфирэфиркетоны имеют высокую стабильность размеров и рекомендуются для точного литья.


6.1. Усадка

Для ненаполненных ПЭЭК, как для кристаллизующихся материалов, характерны следующие особенности усадочных процессов:
-разница продольной и поперечной технологических усадок;
-зависимость технологической усадки от толщины стенки;

В то же время ненаполненные ПЭЭК имеют невысокие абсолютные значения технологической усадки, значительно более ниже, чем у других кристаллизующихся полимеров. Для этих материалов наблюдаются малые значения дополнительной (эксплуатационной) усадки изделий, отлитых при рекомендуемой температуре формы.

Для материалов, наполненных стекловолокном и углеволокном, усадка определяется главным образом ориентацией волокна. Важно учитывать, что волокно может ориентироваться как по течению, так и перпендикулярно течению расплава.


6.2. Коробление

Небольшие абсолютные значения технологической усадки в сочетании с высокой жесткостью материала, делает наполнение ПЭЭК более устойчивым к короблению, по сравнению с другими кристаллизующимися материалами.

Для ПЭЭК, содержащих волокнистый наполнитель наблюдается значительная разница усадки вдоль волокна и перпендикулярно волокну. Поэтому изделия из ПЭЭК, содержащего стекловолокно, имеют склонность к короблению. ПЭЭК наполненный углеволокном более устойчив к короблению за счет очень высокой жесткости материала.

При оценке технологичности конструкции изделия из ПЭЭК, а также при выборе мест впуска необходимо учитывать влияние ориентационных эффектов (ориентация полимера- для ненаполненных марок, ориентация волокна – для марок, содержащих стекловолокно и углеволокно).

Для предупреждения коробления необходимо обеспечить равномерную степень кристалличности по изделию, за счет высокой температуры формы и равномерного охлаждения.


7. Последующая обработка
7.1. Термообработка (отжиг)

Отжиг ПЭЭК применяется в двух случаях во-первых, для повышения степени кристалличности материала (например если на поверхности изделия, отлитого при низкой температуре формы, имеется коричневая пленка атмосферного материала), во-вторых, для снятия повышенных остаточных напряжений.

Перед термообработкой отлитые изделия необходимо просушить в течении 3-х часов при 150° С.

Отжиг проводят при температуре 200 – 300° С. Для снятия остаточных напряжений оптимальная температура 250° С. Повышение температуры отжига способствует увеличению прочности и жесткости изделий, увеличению химической стойкости, но может вызвать окислительные процессы в поверхностных слоях материала. Температуру материала повышают постепенно со скоростью не быстрее, чем 10° С/час. Время отжига зависит от толщины изделия, но не менее 4 часов.

После отжига изделия охлаждают до 140° С со скоростью не быстрее, чем 10° С/час.
После этого печь для отжига отключают и, не вынимая изделия, дают им остыть до комнатной температуры.


7.2. Очистка отлитых изделий

Так как материал имеет очень высокую стойкость, для очистки отлитых изделий могут применяться любые обычные очищающие средства.


7.3. Металлизация

Полиэфирэфиркетон может подвергаться вакуумной металлизации.


7.4. Склеивание

Перед склеиванием изделия необходимо очистить и высушить. При наличии следов загрязнений прочность склеивания резко уменьшается (в 3-5 раз). Обработка поверхности изделия абразивами увеличивает прочность соединения. Специальные технологии обработки поверхности (пламенем, лазером, плазмой, травление хромовой кислотой) позволяет увеличить прочность склеивания на 20-30%.

Для склеивания РЕЕК применяют эпоксидные, цианакилатные, анаэробные и силиконовые клеи. Примеры:
-Araldite 100 (Ciba-Geigy Corp.), эпоксидный, отверждение 17 час при 40° С, прочность склеивания 0.8 Мпа.
-Araldite 2005 (Ciba-Geigy Corp.), эпоксидный, отверждение 20 мин при 100° С, прочность склеивания 3.9 Мпа.
-Araldite 2007 (Ciba-Geigy Corp.), эпоксидный, отверждение 2 ч при 120° С, прочность склеивания 2 Мпа.
-Hylobond F300, эпоксидный, отверждение при комн. темп., прочность склеивания 2.9 Мпа.
-Loctite 414 – N Primer (Loctite Corp.), цианакрилатный, отверждение при комн. темп., прочность склеивания 1.1 Мпа.
-Loctite 638 – N Primer (Loctite Corp.), анаэробный, отверждение при комн. темп., прочность склеивания 0.5 Мпа.
-Loctite Superlatex (Loctite Corp.), силиконовый, отверждение при комн. темп., прочность склеивания 0.4 Мпа.
-Superepoxy, эпоксидный, отверждение при комн. темп., прочность склеивания 1.9 Мпа.

Данные по прочности склеивания приведены для материалов Victrex ПЭЭК, площади склеиваемой поверхности мм2, скорость сдвиговой нагрузки 20 мм/мин.


7.5. Сварка

Для ПЭЭК применяют тепловую сварку, вибросварку, сварку ультразвуком.


7.6. Стерилизация

Для стерилизации материала могут применяться любые способы: высокотемпературная стерилизация (170-180° С) стерилизация паром в автоклаве (до 200° С, 14 бар), стерилизация окисью этилена, гамма-стерилизация, радиационная стерилизация быстрыми электронами).

При стерилизации в автоклаве с температурой пара 134° С Полиэфирэфиркетон выдерживает 3000 циклов стерилизации.

При гамма-стерилизации РЕЕК выдерживает дозу облучения ? 1000 Мрад.

При подготовке статьи использована информация фирм LNP Engineering Plastics, Oxford Performance Materials, RTP и консультации ведущих Российских институтов по переработке пластмасс.