Сайт И.А. Барвинского
 

    Перейти в раздел:  

 

Все публикации

Предыдущая страница:
Детали с металлической арматурой

Следующая страница:
Подготовка, проведение и анализ результатов расчета

  
  
Проблема неравномерного, низкого и высокого блеска изделий при литье термопластов под давлением
  

Барвинский И.А., АО "СиСофт"

    

4-й международный семинар «Современные технологии литья под давлением», Санкт-Петербург, 4-5 октября 2017. Препринт.

        

     Проблемы неравномерного, низкого (когда необходим высокий) или высокого (если требуется низкий) блеска относятся к типичным проблемам внешнего вида литьевых деталей из термопластичных материалов.

     Для этих проблем в отечественной литературе также применяются термины: матовое пятно, матовость, мутность, матовая поверхность, тусклая поверхность, неравномерный глянец, неравномерная матовая поверхность и пр. [1-2].

     В англоязычной литературе используются термины: gloss speck, gloss spot, shine, inconsistent gloss, poor gloss, mat spot, low gloss, low gloss band, high gloss, gloss variation, gloss differences, ghost mark, blush, gate blush, dull spot, cloudy area, cloudy appearance, hazy appearance, blooming, non-uniform haze и др. [3-12].

     Неравномерность блеска не только приводит к ухудшению внешнего вида деталей, но зачастую является признаком нарушений нормального процесса литья под давлением и появления скрытых дефектов в готовых деталях.
   

 

1. Визуальное восприятие и инструментальный контроль блеска

 

     В пространственном распределении интенсивности отраженного от поверхности света, которое получают с помощью гониофотометра, выделяют направленную компоненту, связанную с отражательной способностью (зеркальным отражением), а также диффузные компоненты, обусловленные рассеянием: идеальное рассеяние и направленное рассеяние (направленная диффузная компонента) [13].

     Инструментальный контроль блеска литьевых деталей из термопластов чаще всего выполняют по отражательной способности (specular gloss, gloss) Gs при угле падения (угол отражения равен углу падения) 60о: Gs ~ S/I, где S – интенсивность отраженного света, I – интенсивность падающего света [14-15]. Блеск для заданного угла падения измеряют в относительных единицах: 100 единиц соответствует отражательной способности пластины из черного полированного стекла с показателем преломления 1,567. Однако, в общем случае такой метод контроля блеска не может заменить визуальный контроль. Несоответствие результатов инструментального и визуального контроля характерно, в частности, для матовых деталей (деталей интерьера автомобиля и пр.) [16].

     Поскольку блеск повышается при увеличении угла падения света, для матовых поверхностей слабый блеск (sheen) наблюдается при очень больших углах падения (около 85о).

     Стандарт [14] помимо контроля отражательной способности при угле падения (отражения) 60о предусматривает использование углов 20о и 85о. Согласно этому стандарту угол падения (отражения) выбирается таким образом, чтобы результат измерений не находился вблизи границ шкалы единиц отражательной способности, в частности, если для угла падения (отражения) 60о отражательная способность превышает 70 единиц, измерения проводят при 20о, а если отражательная способность не превышает 10%, для измерений используют угол 85о.

     Помимо отражательной способности визуальное восприятие блеска поверхности связывают с рядом показателей [17-19]. Для матовых поверхностей более эффективным показателем является яркость или отражательный контраст (lustre, contrast gloss) Gc ~ D/S, где D – интенсивность света, отраженного под углом 0о (по направлению нормали к поверхности) [16].

     Для непрозрачных глянцевых поверхностей применяют показатели мутности (absence-of-bloom gloss, haze) Gв, четкости DOI (distinctness-of-image gloss) и пр., которые характеризуют отражение поверхностью изображений или предметов.

     Мутность Gв ~ Н/I, где H = B D; B – интенсивность света, отраженного под углом, отличным от угла падения (обычно выбирают угол падения 60о и угол отражения для В – 20о [19]). При увеличении мутности при отражении объектов от глянцевой поверхности появляется «дымка» («молочная пленка»). Необходимо различать мутность отраженного поверхностью изображения от показателя с таким же названием, определяемого для прозрачных материалов.

     Четкость DOI = [1 – (R/S)]x100, где R – интенсивность света, отраженного под углом, немного отличающегося (на 0,2 - 0,4о) от угла падения. Значение DOI = 100 соответствует наилучшей четкости отраженных поверхностью изображений или предметов.

     Человеческий глаз различает особенности блеска термопластичных материалов, которые невозможно точно описать с помощью перечисленных выше показателей. При окраске в массе, в том числе с использованием суперконцентратов, можно получить различные варианты металлического (metallic) и перламутрового (pearlescent) блеска, иридесценцию или радужное сияние (iridescent), зернистость (graininess), искристость (sparkle), а также другие эффекты. Для таких материалов применяются методики одновременного контроля показателей блеска и цвета при разных источниках освещения и изменении углов падения-отражения [20].
   

 

2. Репликация микрорельефа

 

     Блеск зависит от геометрии поверхности (шероховатости для глянцевых поверхностей или текстуры для текстурированных поверхностей), которая для литьевых деталей определяется процессом репликации микрорельефа.

     Репликация микрорельефа - получение отпечатка микрорельефа оформляющей поверхности литьевой формы на поверхности детали [21-25]. Репликация микрорельефа улучшается при повышении текучести расплава, снижении скорости охлаждения поверхностных слоев детали и улучшения уплотнения (подпитки), что обеспечивает лучшую компенсацию усадки (о процессе уплотнения см., например, [26]).

     Характер влияния репликации микрорельефа на блеск зависит от вида микрорельефа: для глянцевой поверхности блеск увеличивается при улучшении репликации (повышении давления выдержки и температуры формы), а для текстурированной поверхности при улучшении репликации блеск уменьшается [27-28].

     Процесс репликации микрорельефа для участка текстурированной поверхности отливки характеризуют высотой получаемого микрорельефа [21-23], а также степенью репликации AGv (replication ratio) [25]: AGv = (Vmf/Vmc) x 100%, где Vmc - объем микрополости на оформляющей поверхности; Vmf – объем соответствующего элемента микрорельефа отлитой детали. Для гладкой (нетекстурированной) поверхности репликацию микрорельефа характеризуют параметрами шероховатости: среднеквадратичным отклонением Rq [25] или максимальной высотой профиля Rz [29], сравнивая соответствующие значения для полученной детали и оформляющей поверхности. Методы количественной оценки геометрии гладких и текстурированных поверхностей рассмотрены в обзоре [30].

     Недостаточное уплотнение вызывает высокую усадку, прежде всего, в направлении толщины, что негативно влияет на репликацию микрорельефа. Для областей одинаковой толщины уплотнение, и соответственно, репликация микрорельефа ухудшаются по мере удаления от места впуска, вызывая неравномерность блеска [6]. На репликацию микрорельефа также негативно влияют «медленный» рост давления (характерен для деталей большой толщины), а также «запирание» воздуха (из-за неадекватной вентиляции) в области оформляющей полости [25]. Недостаточное уплотнение часто является следствием ошибок конструкции холодноканальной литниковой системы или неудачным выбором места впуска, например, впуск в тонкую часть существенно увеличивает недоуплотнение участков детали большей толщины [31].

     Переуплотнение затрудняет извлечение отливки из формы, вследствие чего на поверхности детали могут появляться царапины и затертости, вызывающие неравномерность блеска. Такие поверхностные дефекты могут появляться в условиях нормального уплотнения при большой высоте текстуры, которая может достигать 0,18 – 0,30 мм [32], для их предотвращения необходимо использовать увеличенный литьевой уклон [33-34].

     Проблемы репликации микрорельефа могут быть вызваны неравномерным охлаждением отливки из-за влияния конструкции детали (разнотолщинности и пр.), системы охлаждающих каналов литьевой формы, разницей теплофизических характеристик материалов деталей ФОД, технологического режима охлаждения литьевой формы.
    

 

3. Влияние материала литьевой детали и других факторов

 

     Кроме геометрии поверхности блеск также определяется оптическими свойствами и однородностью поверхностного слоя (или поверхностных слоев), которые, как и репликация микрорельефа, в большой степени зависят от состава (рецептуры) литьевого материала: термопласта, наполнителей и добавок.

     Добавление нуклеатора в ненаполненный ПП способствует повышению блеска литьевых деталей благодаря большей однородности надмолекулярной структуры поверхностного слоя отливки [35-37].

     Высокий блеск глянцевых поверхностей из АБС-пластика, АСА-сополимера и других материалов достигается при добавлении в материал внутренней смазки [38-40], которая повышает текучесть, что обеспечивает лучшую репликацию микрорельефа.

     Влияние наполнителей на блеск зависит от типа термопласта, типа наполнителя, его содержания и др. факторов [41], что связано как с непосредственным влиянием частиц наполнителя на отражение света поверхностными слоями, так и на процесс формирования поверхностного слоя, а также репликацию микрорельефа. Для кристаллизующихся термопластов присутствие частиц наполнителя может значительно изменять надмолекулярную структуру материала, в том числе в поверхностных слоях отливки [42]. В общем увеличение содержания неорганических наполнителей приводит к уменьшению блеска термопластичного материала для глянцевой поверхности [43].

     В некоторых случаях высокий блеск глянцевых поверхностей достижим и для наполненных термопластов благодаря явлению фазового разделения, в результате которого на поверхности литьевой детали образуется тонкий слой полимера, не содержащего наполнителя [43].

     В работе [44] наблюдали фазовое разделение вблизи поверхности деталей из тальконаполненных ТПО, что приводило к образованию поверхностного слоя ненаполненого ПП, слоев с повышенным содержанием талька (на расстоянии 10 мкм от поверхности) и каучука (20 мкм от поверхности). Локальное изменение толщины поверхностного слоя ПП, концентрации талька в «обогащенном» тальком слое может быть причиной изменения блеска.

     Негативное влияние стекловолокна на блеск литьевых деталей и его равномерность связано главным образом с повышением шероховатости поверхности литьевой детали при увеличении содержания наполнителя, а также ориентацией стекловолокна [8, 41].

     Значительное повышение шероховатости поверхности и соответственно резкое снижение блеска наблюдается при добавлении 30% вес. стекловолокна в ПА66 и модифицированный полифениленоксид [41]. Добавление силоксанов в качестве внутренней смазки негативно влияет на блеск композиций со стекловолокном, в частности для ПА66, т.к. смазка в этом случает ухудшает адгезию волокна и полимерной матрицы. В тех случаях, когда добавление стекловолокна не вызывает значительного повышения шероховатости (например, для композиции полифениленсульфида с 30% вес. стекловолокна), наблюдается высокий блеск глянцевых поверхностей деталей [41].

     Неравномерность ориентации стекловолокна вызывает резкое повышение неравномерности блеска (glass fiber streaks) [8, 10]. Ориентация стекловолокна в поверхностном и других слоях отливки определяется конкурирующим влиянием продольных и поперечных деформаций расплава при его растекании в оформляющей полости [45]. Направление течения расплава и соответственно ориентация стекловолокна может резко изменяться в области спаев, вблизи торцевых стенок и пр.

     В некоторых случаях (в том числе для композиций со стекловолокном) добавление пигмента позволяет снизить шероховатость поверхности отливки [41]. Кроме того, с помощью подобранных пигментов можно «маскировать» неоднородности поверхности, и сделать блеск более равномерным [46]. 

     Композиции с минеральным и другими дисперсными наполнителями, а также углеродным волокном дают лучшие показатели блеска и его равномерности по сравнению со стекловолокном при одинаковом содержании наполнителя [41, 43]. Положительное влияние на блеск характерно для комбинированных наполнителей, например, сочетания стекловолокна с минеральным наполнителем (к исключениям относится ПБТ) [41]. Высокий блеск характерен для ПП, наполненного карбонатом кальция [37, 47].

     Для материалов с дисперсными наполнителями (минеральным, стеклянным и пр.) увеличение размеров частиц наполнителя негативно влияет на равномерность блеска [38, 48].

     К типичным проблемам относится получение равномерной матовой (с отражательной способностью менее 2 единиц для угла падения 60о) поверхности деталей интерьера автомобиля, получаемых из композиций на основе термопластичных олефинов (ТПО) с тальком. Причиной неравномерности матовой поверхности деталей из ТПО, помимо других факторов, являются хорошо заметные царапины (затертости), которые образуются при извлечении деталей из литьевой формы, их транспортировке, сборке, а также эксплуатации автомобиля. Факторы, влияющие на стойкость тальконаполненных ТПО к царапинам, и методы ее повышения рассмотрены в работах [49-51] и обзоре [52].

     Повышение стойкости к царапинам также имеет большое значение для деталей глубокого черного цвета с высоким блеском (piano black), т.к. внешний вид таких деталей ухудшается даже при небольших царапинах или затертостях [53].

Для получения равномерной матовой поверхности для ряда материалов, в том числе для АБС-пластиков, АСА-сополимеров, применяют матирующие добавки, которые значительно увеличивают диффузное рассеяние света поверхностным слоем литьевой детали. Матирующий эффект достигается, например, при добавлении дисперсии на основе акрилатов, эпоксидных смол и др. [54-55].

     В процессе эксплуатации литьевых деталей может происходить потеря блеска под действием УФ-излучения и других климатических факторов [56]. Эта проблема может быть решена при оптимальном выборе рецептуры светостабилизации литьевой композиции. Негативный эффект может давать взаимодействие стабилизаторов с другими добавками. Например, блеск полипропилена может снижаться из-за взаимодействия аминного свето-стабилизатора (HALS) с продуктами деструкции бромсодержащих антипиренов или некоторыми пигментами [39].

     При переработке литьевых термопластов, содержащих дисперсную фазу или несколько фаз различной природы (несовместимый второй компонента в блок-сополимерах, привитых сополимерах, смесях полимеров, минеральные и пр. наполнители и добавки), может происходить изменение фазовой структуры расплава, что оказывает негативное влияние на блеск готовых деталей и его равномерность.

     Для АБС-пластиков, ударопрочного полистирола и АСА-сополимера, содержащих дисперсную каучуковую фазу, неравномерность блеска может быть следствием нарушения однородности дисперсной структуры материала под действием термодинамических факторов и течения расплава. Снижение блеска глянцевой поверхности детали происходит при образовании агломератов из частиц каучуковой фазы вблизи стенки литьевой формы [57-58]. В частности, при литье под давлением АБС-пластиков, представляющих собой привитые сополимеры, размеры агломератов зависят от особенностей молекулярной структуры сополимера. Высокая «склонность» к агломерации и соответственно значительное снижение блеска наблюдалась для материалов с очень малым размером частиц дисперсной каучуковой фазы (0,08 мкм) [58].

     Влияние смешения термопластов с другими термопластами на блеск композиции подробно рассмотрено в монографии [59]. В ряде случает при смешении термопластов наблюдается существенное повышение блеска. Например, блеск ПБТ увеличивается при добавлении ПЭТ [59-60]. Применение компатибилизаторов для смесей термопластов позволяет повысить блеск глянцевых поверхностей литьевых деталей [61].

     Одной из типичных проблем является выделение фазы масла (минерального и пр.) при переработке ТЭП с малой твердостью (СЭБС, СБС, термопластичных вулканизатов на основе ПП и др.) под действием высокой температуры и скорости сдвига, в результате чего на поверхности готовых деталей появляются пятна с масляным блеском.

     Неравномерность блеска может быть связана с миграцией добавок к поверхности. Неравномерность блеска, в частности, может наблюдаться при выходе на поверхность (blooming) избыточного количества скользящей добавки на основе амидов жирных кислот (олеамида, эрукамида др.). Для устранения этой проблемы в композициях ПП вместе со скользящей добавкой применяют содобавки, повышающие растворимость скользящей добавки в полимерном материале (за счет повышения полярность материала), и тем самым обеспечивающие более равномерную миграцию скользящей добавки на поверхность. В качестве содобавок используют сополимер этилена и винилацетата (ЭВА), привитые сополимеры полиолефинов с акрилатами или малеиновым ангидридом и пр. [51, 62].

     На визуальное восприятие и результаты инструментального контроля блеска негативно влияют дефекты, вызывающие отклонения формы литьевых деталей, такие как утяжины, волнистая поверхность, локальные деформации, вызванные неоднородной усадкой, т.к. они изменяют отражение света поверхностью детали [63]. Дефекты более заметны на глянцевой поверхности детали.

     Как визуальное восприятие блеска, так и результаты контроля с использованием приборов, коррелирует с цветом детали. В работе [64] для литьевой детали (лопатки для механических испытаний) из АБС-пластика с гладкой поверхностью при увеличении светлоты L* в системе CIE L*a*b* наблюдали снижение измеренных значений блеска для угла падения 60о. В работе [16] для текстурированной поверхности литьевой детали из АБС-пластика увеличение светлоты L* приводило к повышению измеренных значений блеска для угла падения 60о и отражательного контраста, тогда как при визуальной оценке блеск снижался. Изменение блеска, например, при изменении текстуры, влияет на цвет детали [65-66].

     Правильный выбор текстуры является одним из важнейших условий получения равномерной матовой поверхности [32]. Для деталей интерьера автомобилей, изготавливаемых из композиций полипропилена с каучуком, АБС-пластика, смесей АБС+ПА, АБС+ПК, применяют текстуры под «кожу» с определенной микрошероховатостью оформляющей поверхности [67].

     Достижению однородной матовой текстурированной поверхности способствует вакуумное напыление специальных покрытий на оформляющие поверхности литьевой формы, снижающих скорость охлаждения поверхностного слоя литьевой детали и способствующих лучшей репликации микрорельефа [68].

     Проблемы репликации микрорельефа могут быть вызваны явлениями, которые происходят на стадии заполнения, но негативно влияют на последующий процесс уплотнения. К ним относится существенное понижение или повышение температуры фронта расплава при заполнении области оформляющей полости при слишком низкой и слишком высокой скорости впрыска.

     Все виды неустойчивого заполнения, включая струйное течение, неустойчивое течение у фронта потока расплава, а также неустойчивости, вызванные явлением «задержки» расплава, негативно влияют на равномерность блеска из-за неравномерного уплотнения (и соответствующих проблем репликации микрорельефа), образования спаев и пр. Причины и методы устранения неустойчивого заполнения рассмотрены в работах [69-70].

     Для наполненных термопластов проблемы блеска могут быть вызваны неравномерным распределением наполнителя в процессе течения расплава на стадии заполнения в каналах литниковой системы и оформляющей полости литьевой формы [71-72].

     Локальное изменение концентрации наполнителей связывают с рядом явлений, которые происходят при течении наполненных полимерных систем. К таким явлениям относятся «миграция» наполнителей под действием градиента скорости сдвига в направлении толщины канала, нормальных напряжений и увеличение концентрации наполнителя у фронта потока по мере его движения из-за влияния фонтанного течения [73-75]. Неравномерность концентрации наполнителя повышается при увеличении размеров его частиц.

     Проблемы блеска могут быть вызваны образованием агломератов из частиц наполнителя, однако применение соответствующих диспергаторов при адекватной технологии смешения компонентов композиции позволяют устранить эту проблему [43].

     Под действием условий стадии заполнения может наблюдаться явление отжима расплава, при котором происходит вытекание расплава термопласта из системы расплав + наполнитель, а на участке поверхности детали остается практически «чистый» наполнитель (сухое место).

     Серебристость или серебристые полосы (silvering, silver mark, silvery streaks [8, 10]), а также радужные разводы обусловлены явлением интерференции на тонких пленках различной природы на поверхности детали или образованием системы микротрещин (микротрещины создают эффект «серебристости» в прозрачных аморфных термопластах). Тонкие пленки, в частности, возникают из-за растяжения и разрушения пузырьков при фонтанном течении у фронта потока расплава [8, 76-79]. Пузырьки могут состоять из водяного пара, легкокипящих жидкостей (остатков мономера или продуктов деструкции полимера), воздуха, а также газов, выделяющихся при деструкции полимера. Воздух обычно попадает в дозу расплава на стадии пластикации, но в некоторых случаях может «захватываться» потоком расплава в литниковой системе и оформляющей полости [8].

     Для ненаполненных полиолефинов, материалов, содержащих каучуковую фазу (АБС-пластики, ТПО и пр.), и в других термопластах локальное снижение блеска наблюдается при «побелении» (whitening, stress whitening [8, 10]) литьевых деталей, которое возникает при механическом нагружении отливок в процессе их выталкивания из литьевой формы (например, при неадекватной конструкции системы выталкивания, переуплотнении частей отливки и пр.) или при эксплуатации. Эффект «побеления» вызван микроразрушением нагружаемой области детали с образованием микротрещин или микрополостей [80].

     Неравномерный блеск может быть следствием применение смазки для оформляющей поверхности формы, загрязнения литьевого материала из-за недостаточной чистки материального цилиндра литьевой машины при смене материала, образования налетов на оформляющей поверхности формы в процессе переработки [60].

     Слишком большое количество вторичного материала может приводить к ухудшению внешнего вида получаемых деталей и появлению проблем блеска [10].

     Абразивный износ литьевой формы в процессе ее эксплуатации вызывает резкое повышение неравномерности блеска, особенно для полированных поверхностей, а также при использовании термопластов с высокими абразивными свойствами (стеклонаполненных и пр.). Снижение абразивного износа и соответственно повышение долговечности литьевой формы достигается за счет правильного выбора сталей при изготовлении ФОД [60, 34].
    

 

4. Оптимизация технологического режима

 

     При оптимизации технологического режима литья под давлением для получения деталей с требуемыми характеристиками блеска и его равномерности необходимо учитывать влияние технологических параметров на рассмотренные выше явления с учетом конструкции литьевой детали, особенностей материала и пр.

     Во многих работах отмечается положительное влияние на блеск (повышение блеска глянцевой поверхности и снижение блеска текстурированной поверхности) высокой скорости впрыска [41, 60, 81-83]. Принципы оптимизации скорости впрыска с учетом конструкции детали и литниковой системы обсуждаются в работе [84].

     Повышение блеска глянцевых поверхностей обычно наблюдается при повышении температуры формы [11, 59-60, 81, 83]. Уменьшение скорости охлаждения поверхностного слоя отливки в этом случае обеспечивает лучшую репликацию микрорельефа.

     Снижение блеска глянцевых поверхностей и неравномерность блеска может быть следствием процессов термоокислительной деструкции полимера или пигмента при повышении температуры расплава, времени его пребывания при высокой температуре в материальном цилиндре или скорости вращения шнека (последнее увеличивает диссипативное тепловыделение в расплаве при сдвиговом течении в каналах шнека). Дополнительное повышение температуры происходит в дозе расплава на стадии впрыска из-за адиабатического сжатия (см, например, [85]). Термоокислительная деструкция литьевого материала может происходить в холодноканальной литниковой системе из-за высокого диссипативного тепловыделения, в горячеканальной литниковой системе, а также в процессе сушки при высокой температуре в сушилке или длительной сушке.

     Негативное влияние на блеск оказывает механодеструкция полимерного материала, например, вследствие высокой скорости вращения шнека при пластикации.
    

 

5. Блеск деталей из термопластов, получаемых в специальных технологиях литья

 

     Проблемы блеска деталей из термопластов, получаемых в специальных технология литья, связаны с тем же (рассмотренным выше) комплексом явлений, что и в «классическом» литье под давлением.

     Уменьшение блеска глянцевых поверхностей деталей наполненных композиций, получаемых компрессионным формованием (литьем с подпрессовкой), объясняется тем, что в этом случае на поверхности детали отсутствует слой ненаполненного термопласта, т.к. не происходит фазового разделения [43].

     Повышение неравномерности блеска литьевых деталей с образованием «свилей» (swirl mark), серебристости и пр. характерно для всех вариантов технологии однокомпонентного литья со вспениванием (при физическом и химическом вспенивании) [43, 86]. Появление поверхностных дефектов вызвано растяжением и последующим разрушением пузырьков газовой фазы при фонтанном течении у фронта потока расплава и попаданием на поверхность готовой детали тонких пленок, образованных из остатков пузырьков [76-79]. Хотя разработаны определенные подходы, позволяющие уменьшить или даже полностью устранить эту проблему [77, 87] для гарантированного получения равномерного блеска применяют сэндвич-литье, при котором вспенивание происходит только для компонента «внутренней» части (сердцевины) отливки [86].

     Значительное повышение блеска глянцевых поверхностей достигается при использовании технологии литья под давлением с вариотермическим термостатированием. Увеличение блеска объясняется очень хорошей репликацией микрорельефа и, соответственно, крайне низкой шероховатостью поверхности готовых деталей [88]. Недостатком данной технологии является повышенная опасность усталостного разрушения ФОД из-за существенно большего (по сравнению с обычным литьем под давлением) изменения температуры при циклическом процессе нагрева и охлаждения [89].

     Есть примеры применения технологии литья с газом для улучшения репликации микрорельефа и получения деталей с высоким блеском гладких поверхностей при эффективной конструкции «газовых каналов» [90]. Однако, неадекватное расположение «газовых каналов» может быть причиной высокой неравномерности блеска из-за проблем репликации микрорельефа. При литье с газом наполненных материалов неравномерность блеска может быть вызвана повышенной неравномерностью концентрации наполнителя под действием движения газа [43].
    

 

6. Применение математического моделирования для решения проблем блеска

           

     Ряд важнейших факторов и явлений, влияющих на блеск литьевых деталей, можно учесть при математическом моделировании технологического процесса с использованием специализированного программного обеспечения.

     Программные продукты Moldex3D компании CoreTech System (Тайвань) [91] позволяют оптимизировать конструкцию детали и литьевой формы при литье под давлением, литье с вариотермическим термостатированием, литье с газом и других специальных технологиях литья, а также технологический режим заполнения, уплотнения и охлаждения с целью устранения явлений, негативно влияющих на блеск получаемых деталей, и улучшения условий репликации микрорельефа. Принципы оценки процесса уплотнения, выявления недоуплотнения и переуплотнения на основе прогнозируемых значений объемной усадки рассмотрены в работе [26].
      
      
Литература
       

     1. Литье пластмасс под давлением / Под ред. Т. Оссвальда, Л.-Ш. Тунга, П.Дж. Грэманна. Пер с англ. под ред. Э.Л. Калинчева. – СПб: Профессия, 2006. - 712 с.

     2. Менгес Г., Микаэли В., Морен П. Как делать литьевые формы. Пер. под ред. Э.Л. Калинчева, В.Г. Дувидзона. – СПб: Профессия, 2007. - 640 с.

     3. Bryce D.M. Thermoplastic troubleshooting for injection molders. Society of Plastics Engineers, 1991. - 136 p.

     4. Speight R.G., Monro A.J., Khassapov A. Benefits of velocity phase profiles for injection molding // 56 th SPE ANTEC Tech. Papers. 1998. V. 44. - P. 520-524.

     5. Cosmetic specifications of injection molded parts. Specifications for molders and their customers. - Washington: The Society of the Plastics Industry, Inc., 1999. - 21 p.

     6. Bichler M. Guide to flawless injection mouldings. - Heidelberg: Huethig Verlag. 1999. - 112 p.

     7. Injection molding faults in styrene copolymers and their prevention. BASF AG, 2000. - 38 p.

     8. Guide to surface defects on thermoplastic injection-molded parts. – Luedenscheid: Kunststoff-Institut Luedenscheid, K.I.M.W. NRW GmbH, 2001. - 130 p.

     9. Olmsted B.A., Davis M.E. Practical injection molding. –N.Y., Basel: Marcel Dekker, 2001. - 217 p.

     10. Troubleshooting injection moulding. An Arburg guide / Ed. by V. Goodship. Rapra Technology Ltd., 2004. - 138 p.

     11. Subramanian M.N. The basics of troubleshooting in plastics processing: An introductory practical guide. Scrivener Publishing, John Wiley & Sons, 2011. - 224 p.

     12. Kerkstra R. Solving issues with gloss // Plast. Technol. 2016. V. 62, № 10. - P. 44-46.

     13. He X.D., Torrance K.E., Sillion F.X., Greenberg D.P A comprehensive physical model for light reflection // ACM SIGGRAPH Comput. Graph.1991. V. 25, № 4. - P. 175–186.

     14. ASTM D523-14. Standard test method for specular gloss. - West Conshohocken: ASTM International, 2014.

     15. ASTM D2457-13. Standard test method for specular gloss of plastic films and solid plastics. - West Conshohocken: ASTM International, 2013.

     16. Ignell S., Kleist U., Rigdahl M. Evaluating contrast gloss of textured polymeric surfaces // Polymer Eng. Sci. 2010. V. 50, № 11. - P. 2114-2121.

     17. Hunter R.S., Harold R.W. The measurement of appearance. John Wiley & Sons, 1987. - 432 p.

     18. Hunt R.W.G., Pointer M.R. Measuring colour. 4 th edition. John Wiley & Sons, Ltd., 2011. - 469 p.

     19. Kumar A., Choudhury R. Principles of colour and appearance measurement. V. 1. Object appearance, colour perception and instrumental measurement. Woodhead Publishing Ltd., The Textile Institute, 2014. - 391 p.

     20. The objective eve. QC solutions for coating and plastics. Digital catalog. BYK-Gardner GmbH, 2016.

     21. Yoshii M., Kuramoto H., Kato K. Experimental study of transcription of minute width grooves in injection molding // Polym. Eng. Sci. 1994. V. 34, № 15. - P. 1211-1218.

     22. Yoshii M., Kuramoto H., Ochiai Y. Experimental study of the transcription of minute grooves by injection molding (II) // Polym. Eng. Sci. 1998. V. 38. - P. 1587-1593.

     23. Monkkonen K., Hietala J., Paakkonen P., Paakkonen E.J., Kaikuranta T., Pakkanen T.T., Jaaskelainen T. Replication of sub-micron features using amorphous thermoplastics // Polym. Eng. Sci. 2002. V. 42. - P. 1600–1608.

     24. Theilade U.A., Hansen H.N. Surface microstructure replication in injection molding // Int. J. Adv. Manuf. Tech. 2007. V. 33. - P. 157-166.

     25. Berger G.R., Gruber D. P., Friesenbichler W., Teichert C., Burgsteiner M. Replication of stochastic and geometric micro structures – Aspects of visual appearance // Int. Polymer Process. 2011. V. 26, № 3. - P. 313-322.

     26. Барвинский И.А., Барвинская И.Е. Проблемы литья под давлением изделий из полимерных материалов: уплотнение // Полимерные материалы. 2014. № 3. - С. 3-13.

     27. Oliveira M.J., Brito A.M., Costa L.F., Costa M.C. A study on the influence of surface roughness and injection molding parameters on the gloss of ABS parts // SPE ANTEC Tech. Papers. 2004. V. 50. - P. 3534-3538.

     28. Oliveira M.J., Brito A.M., Costa M.C., Costa M.F. Gloss and surface topography of ABS: A study on the influence of the injection molding parameters // Polym. Eng. Sci. 2006. V. 46, № 10. - P. 1394-1401.

     29. Yoshii M., Kuramoto H., Kato K. Experimental study of transcription of smooth surfaces in injection molding // Polym. Eng. Sci. 1993. V. 33. - P. 1251-1260.

     30. De Chiffre L., Lonardo P., Trumpold H., Lucca D.A., Goch G., Brown C.A., Raja J., Hansen H.N. Quantitative characterization of surface texture // CIRP Ann.  2000. V. 49, № 2. - P. 635-652.

     31. Барвинский И.А., Барвинская И.Е. Влияние конструкции изделия и пресс-формы на процесс уплотнения при литье термопластов // Науч.-практ. семинар "Литье пластмасс под давлением". 29-30 янв. -М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2004. - C. 30-40.

     32. Maniscalchi P. An in depth study of texture characteristics and their affects on texture performance. SPE Automotive Composites Conference and Exposision. Troy, MI, 2008. – P. 1-33.

     33. Мэллой Р. Конструирование пластмассовых изделий для литья под давлением. Перевод с англ. под ред. В.А. Брагинского, Е.С. Цобкалло, Г.В. Комарова. – СПб: Профессия, 2006. - 512 с.

     34. Gastrow Injection molds: 130 proven designs. 4 th edition / Ed. by P. Unger. – Minich: Carl Hanser Verlag, 2006. - 335 p.

     35. Nagarajan K., Levon K., Myerson A.S. Nucleating agents in polypropylene // J. Therm. Anal. Calorim. 2000. V. 59. - P. 497-508.

     36. Fairgrieve S. Nucleating agents (Rapra Review Reports. V. 187). Rapra Technologies, 2005. - 132 p.

     37. Maier C., Calafut T. Polypropylene - Definitive user's guide & databook. Plastics Design Library, 1998. - 432 p.

     38. Whelan A. Mouldings – Their surface and finish // Plastics: Surfaces and finish. 2 nd edition / Ed. by W.G. Simpson e.a. The Royal Society of Chemistry, 1995. - P. 136-155.

     39. Pritchard G. Plastics additives: A Rapra market report. Rapra Technologies, 2005. - 198 p.

     40. Калинчев Э.Л., Саковцева М.Б. Эффективное литье под давлением полимерных материалов со смазками // Полимерные материалы. 2014. № 7. - С. 12, 14-26.

     41. Improving the surface finish of reinforced thermoplastics. SABIC Innovative Plastics, 2008. - 7 p.

     42. Naiki M., Fukui Y., Matsumura T., Nomura T., Matsuda M. The effect of talc on the crystallization of isotactic polypropylene // J. Appl. Polym. Sci. 2001. V. 79, № 9. - P. 1693-1703.

     43. Applied plastics engineering handbook: Processing and materials / Ed. by M. Kutz. Elsevier Inc., 2011. - 644 p.

     44. Pennington B.D., Ryntz R.A., Urban M.W. Stratification in thermoplastic olefins (TPO); Photoacoustic FT-IR depth profiling studies // Polymer. 1999. V. 40. - P. 4795-4803.

     45. Vincent M. Flow induced fiber micro-structure in injection molding of fiber reinforced materials // Injection molding: Technology and fundamentals / Ed. by M.R. Kamal, A. Isayev, S.-J. Liu. – Munich, Cincinnati: Hanser, 2009. - P. 253-272.

     46. Bociąga E., Trzaskalska M. Influence of polymer processing parameters and coloring agents on gloss and color of acrylonitrile-butadiene-styrene terpolymer moldings // Polymery. 2016. V. 61, № 7–8. - P. 547-550.

     47. Flick E.W. Plastics additives: An industrial guide. 3 rd edition. Noyes Publications, William Andrew Publicishing LLC. 2001. V. 1. - 293 p.

     48. Kim M.W., Lee S.H., Youn J.R. Effects of filler size and content on shrinkage and gloss of injection molded PBT/PET/talc composites // Polymer Comp. 2010. V. 31, № 6. - P. 1020-1027.

     49. Shields N., Krabbenborg F., Traugott T. Low gloss and scratch resistant: The use of PP and ABS in car interiors – a comparison // TPOs in Automotive. Geneva, Switzerland. June 21-23. 2005.

     50. Browning R., Lim G.T., Moyse A., Sun L., Hung-Jue S. Effects of slip agent and talc surface-treatment on the scratch behavior of thermoplastic olefins // Polym. Eng. Sci. 2006. V. 46. - P. 601-608.

     51. Botkin J.H. Technical approaches to improving the scratch resistance of TPO’s. Part I: Surface lubrication// SPE Automotive TPO Global Conference. Society of Plastics Engineers, 2007. P 1-12.

     52. Barr C., Wang L., Coffey J.,  Daver F. Influence of surface texturing on scratch/mar visibility for polymeric materials: a review // J. Mater. Sci. 2017. V. 52, № 3. - P. 1221–1234.

     53. Mulholland B.M. High gloss «piano black» acetal copolymer // 74th SPE ANTEC Tech. Papers. 2016. - P. 284-288.

     54. Acryperl adds matt finish to PVC and ABS // Plast. Add. Comp. 1999. V. 1, № 4 (Aug./Sept). - P. 10.

     55. Fink J.K. Handbook of engineering and speciality thermoplastics. V. 1. Polyolefins and styrenics. Scrivener Publishing, John Wiley & Sons, 2010. - 383 p.

     56. Wypych G. Handbook of material weathering. 5 th edition. –Toronto: ChemTech Publishing, 2013. - 744 p.

57. Lednicky F., Pelzbauer Z. Gloss as an inner morphology characteristic of ABS Polymers // Angew. Makromol. Chem. 1986. V. 141. P. - 151-160.

     58. Chang M.C.O., Nemeth R.L. Rubber particle agglomeration phenomena in acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) polymers. I. Structure-property relationships study on rubber particle agglomeration and molded surface appearance // J. Appl. Polym. Sci. 1996. V. 61, № 6. - P. 1003–1011.

     59. Polymer blends handbook / Ed. by L.A.Utracki. V. 1-2. Kluwer Academic Publishers, 2002. - 1442 p.

60. Campo E.A. The complete part design handbook: For injection molding of thermoplastics. -Munich: Carl Hanser Verlag, 2006. - 870 p.

     61. Seo Y.S., Kim J.H., Kim C.K., Lee R., Keum J.K. Polycarbonate/acrylonitrile-styrene-acrylic elastomer terpolymer blends with enhanced interfacial adhesion and surface gloss // J. Appl. Polymer Sci. 2005. V. 96. - P. 2097–2104.

     62. Tolinsky M. Additives for polyolefins: Getting the most out of polypropylene, polyethylene and TPO. Plastics Design Library, 2009. - 278 p.

     63. Ignell S., Porsgaard P., Rigdahl M. Ghost marks - gloss-related defects in injection-molded plastics // Polymer Eng. Sci. 2012. V. 52. - P. 459-466.

     64. Dawkins E., Horton K., Engelmann P., Monfore M. The effects of injection molding parameters on color and gloss // Coloring technology for plastics / Ed. By R.M. Harris. N.-Y., Plastics Design Library, 1999. - P. 149-155.

     65. Coloring of plastics: Fundamentals / Ed. by Charvat R.A. 2 nd edition. Wiley-Interscience, 2004. - 430 p.

     66. Arino I., Kleist U., Rigdahl M. Effect of gloss and texture on the color of injection-molded pigmented plastics // Polym. Eng. Sci. 2005. V. 45, № 5. - P. 733-744.

     67. Van Riel N., Shields N., Calhoun M., Rogers S. Advancements in super low gloss ABS // 65th SPE ANTEC Tech. Papers. 2007. - P. 1262-1266.

     68. Mumme F. Modifying the degree of gloss in plastics using PVD // ATZproduktion. 2008. 2008. № 5. - P. 26-29.

     69. Барвинский И.А., Барвинская И.Е. Проблемы литья под давлением изделий из ПМ: неустойчивое заполнение формы // Полимерные материалы. 2009. № 8. - С. 14-21.

     70. Барвинский И.А., Барвинская И.Е., Дувидзон В.Г. Дефекты деталей из термопластов при литье под давлением: «Следы течения». V Междун. инструмент. саммит. Москва. 3 июня 2010. Препринт. - 7 с.

     71. Kubat J., Szalanczi A. Polymer-glass separation in the spiral mold test // Polym Eng. Sci. 1974. V. 17. - P. 873–877.

     72. Lam Y.C., Chen X., Tan K.W., Jan M., Tam K.C., Yu C.M. Experimental measurements and simulation of particle migration in pressure-driven tube flow: Application to flow in runners // J. Inj. Mold. Tech. 2002. V. 6, № 1. - P. 45-57.

     73. Leighton D., Acrivos A. The shear-induced migration of particles in concentrated suspensions // J. Fluid Mech. 1987. V. 181. - P. 415-439.

     74. Boyer F., Pouliquen O., Guazzelli E. Dense suspensions in rotating-rod flows: normal stresses and particle migration // J. Fluid Mech. 2011. V. 686. - P. 5-25.

     75. Kolli V.G. , Ogadhoh S.O. , Abel S.M., Gadala-Maria F., Papathanasiou T.D. Particle motion in the fountain flow region during filling of a tube with a viscoelastic fluid // Polym. Eng. Sci. 2002. V. 42, № 2. - P. 403-412.

     76. Mahmoodi M., Behravesh A.H., Rezavand S.A.M., Pashaei A. Visualization of bubble dynamics in foam injection molding // J. Appl. Polymer Sci. 2010. V. 116. - P. 3346-3355.

     77. Wang G., Zhao G., Wang J., Zhang L. Research on formation mechanisms and control of external and inner bubble morphology in microcellular injection molding // Polymer Eng. Sci. 2015. V. 55. - P. 807–835.

     78. Zhang L., Zhao G.Q., Dong G.W., Li S., Wang G.L. Bubble morphological evolution and surface defect formation mechanism in the microcellular foam injection molding process // RSC Adv. 2015. V. 5. - P. 70032–70050.

     79. Zhang L., Zhao G., Wang G., Dong G., Wu H. Investigation on bubble morphological evolution and plastic part surface quality of microcellular injection molding process based on a multiphase-solid coupled heat transfer model // Int. J. Heat Mass Tran. 2017. V. 104. - P. 1246-1258.

     80. Wang P., Hutchings I.M., Duncan S.J., Jenkins L., Woo E. Strain whitening of a thermoplastic olefin material // J. Mater. Sci. 2006. V. 41. - P. 4847-4859.

     81. Koppi K.A., Ceraso J.M., Cleven J.A., Salamon B.A. Gloss modeling of injection molded rubber-modified styrenic polymers //60 th SPE ANTEC Tech. Papers. 2002. V. 48. - P. 390-394.

     82. Pisciotti F., Boldizar A., Rigdahl, M. Ariсo I. Effects of injection-molding conditions on the gloss and color of pigmented polypropylene // Polym. Eng. Sci. 2005. V. 45, № 12. - P. 1557-1567.

     83. Han S.-R. The relation between injection molding conditions and gloss of ABS molding // J. Korea Acad. Ind. Cooperat. Soc. 2013. V. 14, № 11. - P. 5352-5356.

     84. Барвинский И., Барвинская И. Использование профиля скорости впрыска для устранения дефектов литьевых деталей из термопластов. Практ. семинар «Литье термопластов под давлением: экономическая эффективность и качество». Москва. 24 октября 2012. Препринт. - 9 с.

     85. Барвинский И., Барвинская И. Анализ причин брака при литье термопластов под давлением. Практ. семинар «Литье термопластов под давлением: экономическая эффективность и качество». Москва. 24 октября 2012. Препринт. - 11 с.

     86. Turng L.-S., Kharbas H. Development of a hybrid solid-microcellular co-injection molding process // Int. Polymer Process. 2004. V. 19, № 1. - P. 77-86.

     87. Lee J., Turng L.-S., Dougherty E., Gorton P. A novel method for improving the surface quality of microcellular injection molded parts // Polymer. 2011. V. 52. - P. 1436-1446.

     88. Xiao C.-L., Huang H.-X. Development of a rapid thermal cycling molding with electric heating and water impingement cooling for injection molding applications // Appl. Therm. Eng. 2014. V. 73. - P. 710-720.

     89. Li X., Zhao G., Guan Y., Li H. Research on thermal stress, deformation, and fatigue lifetime of the rapid heating cycle injection mold // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2009. V. 45. - P. 261–275.

     90. Morales M.A.C., Flor A.T. Gas-assisted injection molding of gloss large parts // Memorias del XVI Congresso Int, Annu. De la Somim 22 al 24 De Septiembre. Monterrey, Nuevo Leon, Mexico. 2010. Paper A3-169. - 5 p.

     91. CoreTech System Co., Ltd. www.moldex3d.com. 2017.
    
           
Rambler's Top100 Copyright (C) Барвинский И.А., Барвинская И.Е., 2017

Перепечатка публикаций сайта допускается только с разрешения авторов