ЛИТЬЕ ТЕРМОПЛАСТОВ В РЕЗИНОВЫЕ ФОРМЫ
часть 1
Санина В. Д., Михайлов А. М., Клочков В. Я, Катуркин Н. А., Кесарев О. В., Фляте А. Д
Одна из наиболее интересных и сложных проблем, стоящих перед ювелирной промышленностью, — эффективное формообразование. Ювелирная промышленность должна располагать широким и часто сменяемым ассортиментом. В этой связи, а также с наметившейся тенденцией к созданию мелких серий и изделий по индивидуальным заказам проблема формообразования приобретает особую актуальность.
В последние несколько лет в различных отраслях промышленности для получения изделий из термопластичных материалов все чаще стали применять эластичные формообразующие вкладыши, изготовленные из резин на основе термостойких каучуков, которые выдерживают температуру расплава 200-300оС.
В зависимости от используемого полимера применяются резины на основе силоксанового, уретанового, бутилкаучука и акрилатных каучуков. Так, в электронной промышленности широко используются формы с гнездами из резины при прессовании электрических соединительных элементов [1], а ряд фирм запатентовали различные способы формирования изделий из термопластов и устройства для их осуществления [2—6].
Ювелирная промышленность накопила опыт применения эластичных форм, например, для получения восковых моделей для изготовления изделий методом точного литья в резиновые формы. Имеется также опыт литья термопластов в металлические формы, главным образом, при изготовлении упаковочной тары и очень ограниченного ассортимента декоративных вставок простых геометрических форм для изделий из недрагоценных металлов. Ограниченное применение термопластов при литье в металлические формы связано с высокой трудоемкостью изготовления пресс форм, а кроме того, в этом случае невозможно отливать изделие сложной конфигурации. Метод, основанный на применении эластичных вкладышей, свободен от указанных недостатков, однако для принятия окончательного решения о целесообразности его внедрения в ювелирную промышленность необходимо провести: сравнительный анализ основных технико-экономических показателей литья в резиновые и металлические формы. Сделать это позволяет накопленный отечественный и зарубежный опыт.
Оборудование
Метод получения эластичных форм описан как в отечественной, так и в зарубежной литературе [7]. Эластичные формы можно изготавливать на типовом оборудовании, которым оснащены на ювелирных предприятиях участки точного литья по выплавляемым моделям. Применение эластичных форм не требует переделки существующего оборудования. С успехом можно использовать прессы плунжерного и шнек-плунжерного типов.
Размерная точность
Размеры изделий зависят от коэффициента объемного расширения мастер-модели, резины, заливаемого полимера, от давления впрыска расплава и разности температур заливки и стеклования полимера. Кроме того, размеры изделия во многом определяются конструкцией формы. Изготовляемое изделие может быть больше или меньше мастер-модели. Однако учитывая перечисленные факторы, при разработке конструкции формы можно добиться полного соответствия размеров изделия размеру мастер-модели, как показано в таблице.
Таблица 1
Сравнение габаритных размеров модели и изделия
В направлении литья | Перпендикулярно направлению литья | ||||
---|---|---|---|---|---|
модель | изделие | модель | изделие | ||
мм | мм | % | мм | мм | % |
19,2 | 19,2 | 0 | 26,1 | 27,2 | - 4,2 | 15,0 | 15,2 | - 1,3 | 22,1 | 23,3 | - 5,4 |
Стойкость формы
Количество отливок, которые можно получить с одной эластичной формы, составляет 10 тыс. шт. [8]. Это меньше, чем при использовании металлической формы. Однако такой недостаток компенсируется низкой стоимостью резиновой формы и возможностью ее тиражирования по одной мастер-модели.
Производительность труда
К числу серьезных недостатков эластичных форм следует отнести снижение производительное труда при работе с ними по сравнению с металлическими формами. Это связано с низкой теплопроводностью резин. Указанный недостаток можно частично компенсировать как за счет конструкции формы, так и за счет повышения теплопроводности резин. Следует отметить, что низкая теплопроводность резины способствует лучшему формированию изделий, а следовательно, и более четкой передаче тонких декоративных элементов.
Эластичные формы можно использовать для производства изделий сувенирной группы при реализации технологической схемы: мономер -- готовое изделие. Такая технологическая схема осуществляется при изготовлении деталей и изделий из капролона.
В данном случае полимеризацию ε-капролактама проводят непосредственно в эластичной форме. При производстве изделий из полимеров этим способом низкая теплопроводность резины не является недостатком, так как при полимеризации и кристаллизации капролона протекают экзотермические реакции и наилучшее качество отливки получается при наибольшем приближении технологического процесса к адиабатическому процессу.
Благодаря низкой вязкости заливаемого мономера можно заполнять формы любой категории сложности. Различия в величине усадки по разным направлениям не наблюдается.
При изготовлении изделий указанным способом (его еще называют «химическое формирование») появляется возможность введе¬ния в реакционную массу различных наполнителей и красителей. В зависимости от времени введения красителей и интенсивности перемешивания с реакционной массой можно получать изделия с различным декоративным эффектом, включая имитацию природных материалов.
В случае производства изделий из капролона отпадает необходимость применять оборудование для принудительного заполнения формы. Благодаря легкой механической обработке и термической стойкости капролон можно использовать в качестве материала для изготовления мастер-модели с последующим получением эластичной формы для восковой модели.
К числу преимуществ эластичных форм следует отнести:
1. Простота изготовления, облегчающая быстую смену ассортимента. При наличии мастер-модели для получения эластичной формы требуется 1-3 ч.
2. Возможность производства сложных изделий, например с обратным конусом.
3. Снижение веса формы.
4. Возможность получения безоблойных изделий за счет высокой герметизации формы.
Учитывая изложенное, следует сделать вывод о том, что метод литья термопластов можно применять без значительных материальных затрат в ювелирной промышленности как для изготовления цельнолитых изделий и футляров, так и сложных комплектующих элементов для изделий из недрагоценных металлов. Используя данный метод в комбинации с последующей металлизацией, можно резко расширить ассортимент изделий группы украшений и сувенирной. Определенный интерес представляет применение метода при получении унифицированных и модульных элементов для художественного моделирования ювелирных изделий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент ФРГ № 1913322 В29Р 1/10 от 17.07.73.
2. Патент франции № 2231491 В29С 1/02 от 31.01.75.
3. Reed Walter. I Rubber dies provide «oneday» casting capability «Mach and tool Blul Book», 1974, 69, M 5, p. 92-96.
4. Патент Великобритании № 1393404 В5А от 7.05.75.
5. Патент США № 3891179 кл. 249-134 от 24.06.75.
6. Патент Австрии № 322200 39а 033/01 от 12.05.75.
7. Патент Японии № 49-38698 В29С 1/00 от 19.10.74.
8. Inventor igiving in away lowcost rubber shell moulding. — «Britain Plastics and Rubber», 1976, Dec, 16-17.
ЛИТЬЕ ТЕРМОПЛАСТОВ В РЕЗИНОВЫЕ ФОРМЫ
часть 2
Катуркин Н. А., Кесарев О. В., Клочков В. И.
Один из наиболее прогрессивных методов изготовления изделий группы бижутерии — метод литья легкоплавких сплавов в резиновые формы. Данный метод не освоен отечественной ювелирной промышленностью, однако опыт работы объединения «Яблонец-над-Ниссой» (ЧССР) показывает, что он обеспечивает высокую производительность труда, быструю смену ассортимента и изготовление объемных изделий слож¬ной конфигурации.
Сущность метода заключается в следующем: в термостойкую сырую резину закладывают мастер-модель и проводят вулканизацию. После удаления мастер-модели образовавшаяся полость служит изложницей для заливки расплава.
В сырую резину закладывают до 10 различных мастер-моделей в зависимости от размера. После вулканизации и удаления мастер-моделей производят 10 заливок лекгоплавким сплавом. Затем, обработав изделия, получают 10 одинаковых мастер-моделей, по которым готовят рабочую прессформу для одинаковых изделий. Эту работу выполняют на экспериментальном участке. После отработки режимов заливки и литниковой системы, прессформы передают в производственный цех. Опытный рабочий за один час заливает до 30 прессформ.
Оборудование и вспомогательные материалы поставляет фирма Mario di Maio (Италия). В комплект входят центробежная установка для принудительной заливки сплава, термостойкая резина и легкоплавкие сплавы.
Резина изготовлена на основе силоксанового полимера с использованием аэросила в качестве наполнителя. Элементарный анализ дал следующие результаты: С ~ 21%; H ~ 5%; Si ~40%; N, Cl, S — отсутствуют.
Таблица
Сплавы | Содержание, % | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
Sn | Pb | Cu | Sb | As | Bi | |
1 | 4,2 | 85,4 | - | 10,1 | 0,1 | 0,1 |
2 | 13,8 | 77,7 | - | 8,0 | 0,2 | 0,2 |
3 | 94 | - | 0,2 | 5,85 | - | - |
4 | 5,8 | 54 | 0,15 | - | - | - |
Вулканизированная резина характеризуется следующими основными физико-механическими показателями:
Прочность при разрыве, кгс/см2 - | 80 |
Относительное удлинение при разрыве, % - | 160 |
Остаточное удлинение при разрыве, % - | 2 |
Твердость ТМ-2 - | 70 |
Применяемые легкоплавкие сплавы содержат дефицитные металлы, а кроме того, мало декоративны. Для придания товарного вида изделия металлизируют гальваническим методом или в вакууме. Используют и окраску защитными лаками.
Ассортимент применяемых сплавов весьма ограничен, так как рабочая температура заливаемого сплава, как правило, превышает температуру плавления на 50-60oС и не должна быть более 300-320oС.
Температура заливаемого сплава обусловлена термостойкостью резин. Используемые в настоящее время резины не выдерживают однократной заливки сплава при температуре 350oС и выше.
Вопрос о расширении применения указанного метода можно принципиально решить либо путем разработки новых видов сплавов с высокими декоративными свойствами на основе недефицитных материалов, либо путем разработки рецептур резин, стойких к термоокислительному старению при температурах до 450oС, что позволит использовать более тугоплавкие сплавы. По мнению авторов, второй путь более перспективный.
ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОР СИЛОКСАНОВЫХ РЕЗИН ДЛЯ ЛИТЬЯ ЛЕГКОПЛАВКИХ СПЛАВОВ
Катуркин Н. А., Клочков В. И., Кесарев О. В.
Благодаря высокой термостойкости резины на основе силоксановых каучуков нашли применение в качестве форм для литья легкоплавких сплавов с рабочей температурой до 450°С. Работоспособность силоксановых резин зависит от типа каучука, наполнителя и, особенно, от применяемого термостабилизатора. Нетермостабилизированные силоксановые резины длительно могут работать при температуре не более 250°С. Введенный наиболее распространенный термостабилизатор — окись железа (редоксайд) повышает температурный предел работоспособности до 300°С. В качестве термостабилизаторов применяются многие классы соединений: окислы металлов [1], окисленные ароматические амины [2], ферроцены [3], тонкодисперсные металлы [4], гидроокислы металлов [5]. Однако все термостабилизаторы имеют недостатки: плохо совмещаются с каучуком, темнеют, выцветают на поверхности, либо труднодоступны.
Авторы предприняли попытку получить стабилизатор на основе гидроокиси трехвалентного железа, хорошо совмещающегося с каучуком. При получении силоксанового каучука добавляют в небольших количествах гидроокись железа и алюминия для удаления остатков кислых продуктов [6]. Известно также [7], что ферросилоксаны можно использовать в качестве термостабилизаторов. Но применение гидроокиси железа не дает стабильных результатов, а ферросилоксаны получаются в среде абсолютного эфира. В связи с этим и проводились эксперименты по получению гидроокиси железа в присутствии низкомолекулярных силоксандиолов.
К водному раствору соли трехвалентного железа приливали раствор силоксандиола (дифенилсилоксандиола, НД-8 и т. д.) в спирте или ацетоне из расчета на 1 моль соли железа 1 моль силоксандиола и избыток аммиака. В процессе получения стабилизатора происходит одновременное осаждение гидроокиси железа и полимеризация диола, которые образуют мелкодисперсный гидрофобный осадок. Отфильтрованный осадок высушивают на воздухе.
Полученный стабилизатор ФС вводят в резиновую смесь в количестве до 5 мас. ч. на 100 мас. ч. каучука. По сравнению с другими типами стабилизаторов данный стабилизатор обеспечивает более высокую термоокислительную стабильность (табл.), лучшие технологические и физико-механические свойства.
Таблица
Физико-механические показатели резин
Каучук | Стабилизатор | До старения | Старение 12 час, 350°С | ||
---|---|---|---|---|---|
α,кг/см2 | δ,% | α,кг/см2 | δ,% | ||
СКТВ-1 | ФС | 71 | 550 | 40 | 90 |
» | Редоксайд | 63 | 360 | Хрупкая | Хрупкая |
СКТ | ФС | 84 | 560 | 38 | 100 |
» | Редоксайд | 45 | 250 | Хрупкая | Хрупкая |
СКТФВ-803 | ФС | 66 | 520 | 45 | 110 |
» | Редоксайд | 69 | 420 | Хрупкая | Хрупкая |
Стабилизатор на основе гидроокиси железа и силоксандиола представляет продукт сложного состава, в котором, очевидно, макромолекулы полимеризующегося силоксандиола адсорбируются на поверхности гидроокиси железа, при этом образуются небольшие количества соединения ≡ Si — О — Fе = , так как в спектре поглощения экстракта продукта взаимодействия обнаруживается слабая полоса погло¬щения при 947 см~1, характерная для связи Si — О — Fе.
Применение силоксановых резин, стабилизированных продуктом ФС, для изготовления литьевых форм позволяет улучшить качество отливок за счет более точного воспроизведения мастер-модели, увеличить срок службы литьевых форм и повысить температурный предел их эксплуатации до 450°С, что дает возможность использовать стандартные сплавы на основе цинка.
ЛИТЕРАТУРА
1. Smith R. Dat. CLUA -N° 2710289 (1955).
2. Авт. свид. СССР № 310921. Откр. и изобр. № 24, 1971 г.
3. Соболевскии М. В. и др. — Сб. «Синтез н исследование эффективности химикатов для полимерных материалов». Материалы Всесоюзной научно-технической конференции НИИхимполимер. Вып. 4, Тамбов, 1970, стр. 194.
4. Шустова О. А., Гладышев Г. П. — «Успехи химии». Т. XLX, вып. 9, 1695 (1976).
5. Киčега М. — «Ро1уmег Sci.» 53, 301 (1961).
6. Киčега М. Патент ЧССР № 99408.
7. Ваnеу К. Пат. США № 3.377.312 (1968).