Литье под давлением термопластов по технологии MuCell

Название MuCell (Microcellural Injection Molding) является общепринятым и присвоено технологии литья под давлением пластмассовых изделий микроячеистой структуры. Технология MuCell была разработана и представлена компанией Trexel в 2001 год. В настоящий момент эта технология усовершенствована и в различных модификациях предлагается к использованию несколькими инофирмами.

Типичная структура литьевой детали по технологии MuCell представлена на рис.1. Как правило, размер газовых ячеек колеблется от 1 до 50 мкм. В поверхностном слое отливки ввиду быстрого отверждения расплав не успевает вспениться и образуется не вспененная корка.

Физической основой получения микроячеистой структуры является вспенивание расплава полимера с предварительно растворенным в нем под давлением газом при впрыске в форму. На практике используются наиболее доступные газы азот и углекислый газ, которые вводятся в пластикационный цилиндр в последней трети его длины в зоне смешения ближе к мундштуку.

Схема узла впрыска литьевой машины по технологии MuCell показана на рис.2. Чаще всего в качестве вспенивающего агента используется азот, получаемый из воздуха с помощью генератора азота. На схеме показана система преобразования газообразного азота в сверхкритическую жидкость (SCF - super critical fluid), которая через инжектор под давлением насоса и по определенной программе периодически подается в зону смешения шнека. Шнек оснащен двумя обратными клапанами, как правило, кольцевого типа. Передний обратный клапан стандартный, как для обычного литья, задний запирает зону смешения с растворенным в расплаве газом от утечек газа назад к загрузочной зоне. Длина шнека увеличена до L/D = 22- 25. Блок замера состояния расплава расположенный до зоны введения SCF, позволяет корректировать параметры SCF по давлению и температуре применительно к конкретному полимеру и параметрам расплава. При литье по технологии MuCell обязательно использование запираемого сопла, а в зоне на расстоянии 3-5 диаметров от конца шнека располагаются смесительные элементы той или иной конструкции. Процессор ТПА, воспринимая показания блока замера, дает корректировку на вводимый SCF по давлению и температуре с учетом цикличности процесса литья. Смесь полимера и SCF после интенсивного смешения становится однородной (гомогенной).

На диаграмме фазового состояния азота (рис.3) представлены различные состояния азота в координатах давление-температура: твердое, жидкое, газообразное и SCF. Критическая точка для азота по давлению 3,4 МПа, по температуре (минус) -147 °С. Выше этих значений азот находится в состоянии сверхкритической жидкости (SCF). На диаграмме показана область параметров SCF азота, используемых при литье под давлением по технологии MuCell. Для двуокиси углерода критическая точка по давлению 7,4 МПа, по температуре + 31,6 °С. Степень насыщения расплава полимера при литье зависит от типа полимера и для азота составляет в среднем около 1,5 %, для углекислого газа - около 6 %. При использовании азота образуется более мелкоячеистая структура.

 

При технологии MuCell на этапе пластикации в цилиндре действие SCF напоминает введение в полимер низкомолекулярного пластификатора, поэтому требуется температура и давление литья ниже, чем при традиционном литье тех же полимеров. На рис.4 представлены диаграммы давления в форме за цикл при традиционном литье и при MuCell на примере стеклонаполненного ПА 66. Видно, что требуемое давление примерно в 3 раза ниже, что позволяет использовать ТПА с меньшим усилием смыкания и меньших габаритов. Кроме того снижается и время цикла.

При литье MuCell происходит снижение усадки и утяжин за счет вспенивающего агента, а не за счет увеличения давления литья. Коробление отливки намного меньше или вообще отсутствует. Снижение веса отливок составляет 5-40 %, производительность выше на 15-30 %, что сказывается на снижении себестоимости. К негативным особенностям литья по технологии MuCell относится более сложное устройство литьевого оборудования с необходимыми дополнительными элементами и программным обеспечением, которые невозможно реализовать на стандартной литьевой машине.

О других разновидностях технологии литья под давление читайте в моём обзоре: Разновидности технологии литья под давлением термопластов