ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛАСТОМЕРОВ В КАЧЕСТВЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ЮВЕЛИРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Полимерные материалы находят в настоящее время все большее применение в различных областях промышленности. В ювелирном производстве довольно большое распространение получили в последнее время эластомеры, используемые для изготовления вспомогательной технологической оснастки. Эти материалы применяются в технологии производства эластичных форм, особенно для изготовления изделий сложной конфигурации из различных материалов [1,2].

Резины, используемые для этих целей, должны обладать комплексом определенных свойств, которые зависят от областей применения этих материалов. Так, при использовании их для изготовления изделий из легкоплавких сплавов методом центробежного литья главное требование — термостойкость. Воздействие высоких температур приводит к развитию процессов термодеструкции и термоокисления материала матрицы, которые сопровождаются выделением газообразных продуктов на формующую поверхность, что приводит к образованию на поверхности изделия дефектов в виде пузырей и раковин. При этом происходит также постепенное разрушение поверхности эластичной формы, в результате чего ухудшается качество изделий при последующих циклах заливки. Несмотря на то, что промышленные силоксановые резины способны не изменять своих свойств при кратковременном воздействии температур не более 300° С и могут успешно использоваться для изготовления изделий из легкоплавких сплавов на основе свинца и олова с добавками некоторых других металлов, тем не менее они не выдерживают эксплуатации в случае использования сплавов с температурой плавления 400-500° С на основе более тугоплавких металлов, например цинка, алюминия и магния.

Повысить термостойкость эластомерных композиций можно за счет введения в их состав эффективных термостабилизаторов — веществ, способных ингибировать термоокислительные и термодеструктивные процессы. Это достигается также путем использования более термостойких полиорганосилоксановых каучуков, имеющих в качестве органического обрамления полимерных цепей менее подверженные температурным воздействиям радикалы, например фенильные и карборановые. Карборансилоксановые эластомеры в этом отношении более перспективные, поскольку способны кратковременно выдерживать температуру в интервале 550-650° С [3]. По-видимому, их можно использовать для заливки алюминиевых сплавов. К сожалению, широкому применению этих эластомеров препятствует их довольно сложный способ получения и высокая стоимость.

Повысить термостойкость и качество изделий можно также с помощью других приемов. Например, чтобы уменьшить время воздействия экстремально высоких температур на поверхность формы, необходимо увеличить тепло- и температуропроводность используемых резин, введя в их состав добавки, повышающие эти характеристики (например, порошкообразные металлы, легкоплавкие сплавы, а также нитрид бора). Поверхность форм защи¬щают от температурного воздействия, нанося на нее слой графита, что улучшает также смачиваемость матрицы металлом при заливке. При этом уменьшается вероятность образования раковин на поверхности изделия.

Продукты распада перекисей могут инициировать процесс термостарения, поэтому с целью их удаления после вулканизации необходимо довольно длительное термостатирование вулканизатов на воздухе, с постепенным повышением температуры. При этом происходит выделение летучих продуктов распада перекисей и образование более термостойких сшивок. Необходимо отметить, что конечная температура термостатирования должна находиться в области температур, соответствующих последующей эксплуатации форм при заливке металлов. Изготовление ювелирных изделий сложной конфигурации из легкоплавких сплавов методом литья в эластичные формы позволяет существенно повысить производительность труда и увеличить ассортимент выпускаемых изделий. Разработанные в настоящее время рецептуры силоксановых резин дают возможность изготавливать изделия из сплавов с температурой плавления до 450° С. При этом формы выдерживают 100-150 циклов заливки.

Эластичную формующую оснастку используют также для производства изделий из полимерных материалов как методом свободной заливки, так и литьем под давлением. С помощью свободной заливки получают изделия из низковязких композиций, например, на основе эпоксидных смол, отверждаемых при комнатной и повышенных температурах, а также композиций, получаемых по мономерной технологии, например из метилметакрилата и капролактама. Изделия из указанных полимерных материалов используются при конструировании новых моделей и вспомогательной оснастки для футлярного производства. Основное требование к эластомерам в данном случае — отсутствие взаимодействия используемых полимерных композиций с поверхностью эластичной матрицы. Из полимерных материалов в процессе переработки могут выделяться различные низкомолекулярные соеди¬нения — катализаторы и продукты их разложения, антиоксиданты и пластификаторы, которые в некоторых случаях воздействуют на формующую поверхность. Некоторые из этих веществ могут диффундировать в эластомерную матрицу, а при ее охлаждении мигрировать на формующую поверхность, что приводит к ухудшению ее качества. Кроме того, при увеличении циклов заполнения формы повышается адгезия полимерного материала, что затрудняет извлечение изделия из формы. Катализаторы и сшивающие агенты способны взаимодействовать с эластомером и образовывать в нем дополнительные поперечные связи, а это уменьшает подвижность микромолекул и приводит к постепенной потере эластичных свойств матрицы.

При изготовлении и эксплуатации эластичной формующей оснастки необходимо учитывать ряд специфических требований. При проектировании эластичных матриц необходимо учитывать особенности конструкции металлической оправки, в которую будет помещаться эластичный вкладыш формы; эластичного вкладыша, наличие или отсутствие линии его разъема, а также герметичность эластичной формы; мастер-модели для изготовления эластичного вкладыша формы. Кроме того, следует обратить внимание на особенности формы при изготовлении изделий с использованием внешнего давления и оформление выбранного метода поступления материала в формующую полость.

Металлическая оправка служит для изготовления эластичного вкладыша и препятствует его деформации. Как правило, для нее выбирают простую геометрическую форму. Одну и ту же оправку можно использовать для изготовления эластичных форм нескольких близких типоразмеров. Оправку можно изготавливать из любой стали. Толщина оправки зависит от марки выбранного металла. Толщину стенок выбирают с таким расчетом, чтобы они выдерживали давление 20-25 МПа, которое необходимо при изготовлении эластичного вкладыша. Для того чтобы исключить деформацию, целесообразнее всего использовать металлические оправки цилиндрической формы.

Мастер-модель изготавливают, как правило, механическим способом, и она служит для получения эластичного вкладыша. К мастер-модели предъявляют следующие требования:

— точное воспроизведение конфигурации и формы изготавливаемой детали;

— необходимый класс чистоты поверхности;

— учет допуска на усадку изготавливаемой детали и температурное расширение модели;

— материал, из которого изготовлена мастер-модель, не должен деформироваться в процессе изготовления форм.

В зависимости от сложности конфигурации изготавливаемой детали следует предусмотреть одну или несколько плоскостей разъема вкладыша. Кроме того, вкладыш можно разрезать после его изготовления. При конструировании эластичной формы необходимо добиваться, чтобы стенки эластичного вкладыша были равной толщины. Это облегчает извлечение готового изделия из формы. Кроме того, необходимо обеспечить герметичность формы и провести расчет на прочность крепежных приспособлений дна и крышки металлической оправки.

Исходя из изложенных выше общих принципов конструирования эластичных форм, необходимо подбирать наиболее приемлемые конструктивные особенности эластичной оснастки, в зависимости от размеров и конфигурации получаемых изделий.

Более подробно конструкции эластичных форм и полимеры, применяемые для их изготовления, рассмотрены в [4]. Следует лишь отметить, что для изготовления форм наиболее широко используются силоксановые эластомеры, как высоко- так и низкомолекулярные. Это обусловлено прежде всего их отличными антиадгезионными свойствами, относительной инертностью ко многим компонентам полимерных композиций и высокой термостойкостью, что существенно расширяет ассортимент применяемых полимерных материалов.

Низкомолекулярные силоксановые композиции, отверждаемые при комнатной температуре, дают возможность использовать мастер-модели из таких низкоплавких, хорошо поддающихся обработке материалов, как пластилин и воск, что существенно увеличивает творческие возможности художников, занимающихся разработкой новых ювелирных изделий. Однако эти эластомеры вследствие их невысоких прочностных свойств в ряде случаев (особенно для изготовления ювелирных украшений сложной конфигурации) оказываются непригодными.

Авторы провели предварительные исследования относительно возможности использования эластичных форм из силоксановых резин для изготовления плоско-объемных изделий (значков) из полиэтилена высокого давления методом литья под давлением. Исследования показали, что принципиально возможно получать качественные изделия данным способом, но при этом необходимо учитывать ряд его технологических особенностей.

В настоящее время работы в этом направлении продолжаются и следует ожидать, что дальнейшее применение эластичных формующих элементов на различных стадиях производства ювелирных изделий перспективно.