Литьевые и экструзионные марки полимеров и компаундов на их основе

Почему они разные? Почему мы не можем использовать литьевые марки в экструзии и экструзионные в литье? А есть ли исключения?

Что такое ПТР?

ПТР (MFI) — показатель текучести расплава — это скорость, с которой расплав полимера продавливается под определенным весом (давлением) через отверстие определенного размера.

Это показатель вязкости или текучести. Он говорит нам о том, насколько легко полимер течет в расплавленном состоянии.

• Чем выше ПТР, тем более «жидким» будет расплав полимера, тем ниже его вязкость.
• Чем ниже ПТР, тем «гуще» расплав, вязкость его выше.

Это часто связано с молекулярной массой: высокий ПТР обычно говорит о более коротких молекулярных цепях, а низкий — о более длинных.

Литьевые и экструзионные пластики

Экструзия

В классической экструзии — трубы, профили, шланги и прочие погонажные изделия — полимер после выхода из фильеры движется горизонтально, параллельно полу. В процессе он охлаждается, релаксирует, макромолекулы распрямляются, внутренняя структура стабилизируется. Поскольку он движется горизонтально, и по сути еще не затвердел — как бы полусырой, не совсем еще твердый — мы можем столкнуться с провисанием. Высокотекучие марки недостаточно вязкие и прочность расплава слишком низкая. Поэтому нужно использовать низкотекучие, вязкие марки с ПТР 0,5–6.

В экструзии с раздувом ситуация похожая. При раздуве расплав выходит из кольцевой фильеры и раздувается в тонкий пузырь. Если расплав слишком жидкий (высокий ПТР), пузырь не держит форму — он провисает, колеблется, может разорваться. Низкий ПТР даёт необходимую вязкость и «прочность расплава» , чтобы пузырь оставался стабильным.

К тому же, низкий ПТР — это более длинные цепи. При раздуве молекулы полимера должны ориентироваться — как бы вытягиваться, распрямляться вдоль поверхности пленки — и чем длиннее цепь, тем лучше будет ориентация. Ориентация напрямую влияет на прочность полученной пленки.

Литье

А в литье все иначе. Материал попадает в пресс-форму дискретно, путем впрыска по каналам пресс-формы. Он должен успеть заполнить полость формы до того, как застынет, и передать давление от машины до края формы. Густой расплав застывает по пути, давления не хватает, чтобы достаточно быстро его протолкнуть.

В форме расплав течет по литникам. Чем уже канал, чем длиннее путь, чем тоньше стенки детали — тем больше сопротивления течению. К тому же, пресс-форма холоднее расплава. Расплав, коснувшись стенки после впрыска, сразу же начинает остывать и густеть. Расплав с низким ПТР изначально достаточно вязкий и быстро достигнет критической степени вязкости, с которой просто не дойдет до конца полости пресс-формы.

Поэтому тут мы выбираем высокотекучие марки с птр от 5–6.

Существуют ли исключения из этих правил?

Конечно.

Экструзия литьевых марок

Использовать текучие литьевые марки в производстве труб, листов или профилей — прямой путь к браку. Расплав провисает под собственным весом, толщина стенок нестабильна, нет достаточной прочности расплава.

Но есть варианты экструзии, при которых высокая текучесть обязательна.

• Спанбонд

  В этой технологии голова экструдера находится над транспортной лентой. На голове находится длинная фильера, похожая на полку или балку, с множеством мельчайших отверстий. Из этих отверстий расплав вертикально вниз падает на ленту под действием гравитации и потока воздуха. В процессе падения происходит вытяжка волокон, а на ленте они случайным образом переплетаются, после чего поступают на каландр и скрепляются между собой под действием температуры и давления валов.

  Почему нам тут нужна литьевая марка?

  Расплав, падающий на ленту, должен успеть деформироваться и вытянуться в нить до контакта с охлаждающей его поверхностью. Иначе мы получим не тончайшие волокна, а жесткие «макаронины», но, скорее всего, расплав и вовсе будет рваться еще в воздухе, на пути к поверхности. Из-за высокой вязкости расплав не успеет вытянуться, так как попросту медленно течет.

  Низкая вязкость литьевой марки обеспечивает полимеру способность к вытяжке, без которой процесс получения спанбонда невозможен.

• Мельтблаун

  Также фильера находится над транспортной лентой, но отверстия еще меньше — это микрокапилляры, а расплавленный полимер, проходящий через них, сразу же раздувается горячим высокоскоростным воздухом в сверхтонкие волокна, которые оседают на поверхности ленты, образуя полотно.

  В отличие от спанбонда, где полимер вытягивается под собственным весом на некотором расстоянии от фильеры, в мельтблауне горячий воздух бьет по расплаву прямо у выхода из капилляров. Расплав должен течь и вытягиваться очень, очень быстро. Диаметр волокна — микроны и меньше. Вязкость расплава для такой толщины нужна крайне низкая, и потому в этом процессе используют довольно редкое сырье — ПП с ПТР 800–1500.

• Волокна

  Здесь речь не о нетканых полотнах, а о штапельных волокнах и непрерывных нитях для текстиля. Расплав продавливается через фильеру, но вытяжка идёт не свободным падением и не горячим воздухом, а принудительно — на приёмных валах или в ориентационной вытяжке. Поэтому ПТР лежит в среднем диапазоне: расплав должен стабильно течь через отверстия и тянуться в нить без обрывов, но сохранять достаточно прочности, чтобы не рваться на высокоскоростных приёмных устройствах. Обычно это ПП с ПТР примерно 10–40 г/10 мин — выше трубных и плёночных марок.

Литье экструзионных марок

Казалось бы, густой расплав с низким ПТР — это гарантия недоливов, повышенного давления в цилиндре и брака. Однако на практике — иногда можно и так.

• Конструктивные особенности оснастки

  Если пресс-форма оборудована горячеканальной системой (ГКС), а литники имеют достаточно большой диаметр, путь расплава до полости формы термически и гидравлически облегчен. Горячий канал не дает материалу застыть в литнике, а широкий канал снижает сопротивление течению. В таких условиях экструзионную марку можно «продавить», повысив температуру и скорость впрыска. Это компромиссное, но рабочее решение при дефиците сырья.

• Требование к механической прочности при съеме

  Высокий ПТР означает не только хорошую текучесть, но и более короткие молекулярные цепи полимера. Это напрямую снижает эластичность и прочность готового изделия на разрыв.

  Из практики: Производитель тонкостенных мягких изделий столкнулся с проблемой: при использовании стандартной литьевой марки с высоким ПТР готовые изделия рвались в момент отрыва (съема) от формы. Очень тонкая стенка не выдерживала механического воздействия при извлечении.

  Они перешли на экструзионную марку с низким ПТР. Длинные молекулярные цепи обеспечили прочность расплава. Благодаря тому, что форма была горячеканальной, проблем с заполнением тонкой стенки не возникло, а главное — изделие перестало рваться при съеме, что резко снизило процент брака.

Главный вопрос, который мы себе задаем — что расплав должен делать сразу после выхода из фильеры или входа в форму?

• Если расплав должен принять свободную горизонтальную форму (труба, профиль) → нужна высокая вязкость, низкая текучесть, низкий ПТР. Литьевая марка не подойдет.
• Если расплав должен заполнить сложную холодную полость → нужна низкая вязкость, высокая текучесть, высокий ПТР. Экструзионная марка потребует перенастройки режимов и подойдет только для простых или горячеканальных форм — и это чаще всего будет компромиссное решение.
• Если изделию нужна эластичность при съеме с формы (даже при тонкой стенке) → возможен переход на экструзионную марку с низким ПТР в горячеканальной пресс-форме.
• Если расплав должен вытягиваться в нить → нужна максимальная текучесть. Здесь литьевая марка с высоким ПТР технологически необходима.

Понимание этой физики позволяет гибко решать производственные задачи и обходить ограничения сырья.

Подобрать материал