Część teoretyczna:

Prasowanie jest technologią przetwórstwa głównie z grupy duroplastów mających szczególne zastosowanie w wyrobach przemysłu elektrotechnicznego i przetwórstwie tworzyw zbrojonych włóknami ciągłymi i matami. Technologia ta polega na cyklicznym powtarzniu następujących czynności:

• - wprowadzaniu tworzywa do gniazda formującego

• kohezyjnym łączeniu ziarn lub częściej jego uplastycznianie

• stapianie

• utwardzanie bądź zestalanie

• wyjęcie przedmiotu z gniazda (tzw. wypraskę)

Warunki przetwórstwa tłoczywa są określone przez rodzaj żywicy i napełniacza. Poza tym każdy typ tłoczywa posiada szereg cech zmien-nych. Wpływają one na warunki prasowania i własności przetwórcze tłoczywa i są to: płynność tłoczywa, wilgotność, ciężar nasypowy.

Prasowanie dzielimy na:

Prasowanie tłoczne: jest to kształtowanie przedmiotów w formach, co najmniej dwudzielonych, w których matryca i stempel nadają przedmiotowi żądany kształt. Chłodne lub wstępnie ogrzane tworzywo, w postaci rozdrobnionej lub scalonej, umieszcza się w gnieździe formy, a następnie po ogrzaniu, co prowadzi do uplastycznienia tworzywa, doprowadza się je przez nacisk stempla do płynięcia, tak aby całkowicie wypełniło gniazdo formy. Po zestaleniu wypraski w podwyższonej (tworzywa termoutwardzalne) lub obniżonej temperaturze (tworzywa termoplastyczne) wypraskę usuwa się z formy i cykl formowania można rozpocząć ponownie. Metodą tą przetwarza się przede wszystkim tworzywa termoutwardzalne, rzadziej termoplastyczne.

Prasowanie przetłoczne: polega na tym, że niezbędną ilość tłoczywa, najczęściej wstępnie ogrzanego, umieszcza się w cylindrze, z którego, w postaci całkowicie uplastycznionej, zostaje przetłoczone przez jeden lub więcej kanałów do formy. W przetwórstwie tworzyw termoutwardzalnych formy są podgrzewane, w termoplastycznych - chłodzone. Stosuje się zwykle tłoczywo wstępnie stabletkowane.

Ważne jest również częste odpowietrzanie. Jest to operacja technologiczna prasowania stosowana w pewnych przypadkach dla poprawienia jakości wyprasek, polegającą na otwarciu formy po sprasowaniu wstępnym. Czas odpowietrzania jest różny i wynika z konstrukcji formy. Niekiedy odpowietrzanie należy powtórzyć kilkukrotnie. Odpowietrzenie jest zabiegiem mającym podobne cele co podgrzewanie wstępne i dające podobne korzyści.

Formowanie próżniowe polega na ogrzaniu tworzywa do stanu wysokiej elastyczności i nadaniu mu kształtu wyznaczonego formą za pomocą różnicy ciśnień, powstałej dzięki wytworzonej próżni między folią czy płytą a formą. Stosuje się również kształtowanie nagrzanej płyty czy folii za pomocą sprężonego powietrza lub też ruchomego stempla. Najczęstsze zastosowanie tej metody formowania to otrzymywanie wyrobów cienkościennych o dużej powierzchni z polistyrenu PS, kopolimeru ABS, twardego PVC, polimetakrylanu metylu PMMA, polietylenu PE, polipropylenu PP, celuloidu i octanów calulozy. Wyroby produkowane tą techniką to w przeważającej większości opakowania, w formie wszelkiego rodzaju pojemników otwartych, z reguły dzielonych w płaszczyźnie największego przekroju.

Wymienić można następujące zalety formowania próżniowego :

• możliwość wytwarzania wyrobów o bardzo małej grubości ścianek i o znacznych gabarytach

• niski koszt form, co zmniejsza ryzyko przy uruchamianiu nowej produkcji,

• możliwość stosowania form wielokrotnych, zwiększających wydajność produkcji,

• znaczna swoboda wyboru surowca do formowania.

Do wad tej technologii zaliczyć należy:

• wysokie ceny surowca - ceny płyt i folii są ok. 100% wyższe od cen granulatu,

• powstawanie znacznych odpadów poprodukcyjnych przy obcinaniu (okrawaniu), których nie da się bezpośrednio zagospodarować w tej technologii,

• nierównomierności w grubości ścianek wyrobu,

• pocienienia w narożach,

• brak możliwości wykonania w jednej operacji otworów oraz gwintów,

• konieczność wykonywania obróbki wykańczającej (obcinanie obrzeży, wiercenie otworów itp.).

Tworzywa stosowane do formowania próżniowego muszą spełniać następujące wymagania:

• posiadać szeroki zakres temperatur, w którym możliwe jest termoformowanie,

• umożliwiać uzyskanie odpowiedniej głębokości formowania: H/D (stosunek wysokości formowania do średnicy),

• powinny dobrze płynąć, dokładnie wypełniać zagłębienia i układać się na krawędziach formy,

• folie lub płyty powinny charakteryzować się jednorodnością materiału w całym przekroju (bez pęcherzy), wtrąceń, dziur, mieć lśniącą powierzchnię i stałą grubość,

• powinny ulegać pod wpływem ogrzewania całkowitemu i równomiernemu zmiękczeniu tak, aby można było formować wyroby przy nadciśnieniach lub różnicy ciśnień rzędu 1 bara (0,1 MPa),

• mieć odpowiednią wytrzymałość cieplną, aby powierzchnia folii nie ulegała uszkodzeniu termicznemu podczas nagrzewania,

• zachować kształt po formowaniu i wytrzymałość wynikającą z cech materiału wyjściowego.

Przykładowe temperatury stosowane podczas formowania próżniowego wynoszą:

• PVC twarde - 120-155 ^oC,

• polistyren - 120-150 ^oC,

• kopolimer ABS - 150-175 ^oC,

• polimetakrylan metylu 145-180 ^oC,

• poliwęglan - 230-245 ^oC.

Wyróżniamy następujące rodzaje formowania próżniowego:

• formowanie negatywowe (proste, z częściowym przytrzymywaniem, z mechanicznym rozciąganiem oraz metodą "Air cushion control"),

• formowanie pozytywowe (proste, z rozciąganiem mechanicznym lub powietrzno-mechanicznym oraz metodą "Snap-back"),

• oraz inne odmiany tego formowania (np. metodą z elastycznym workiem).

Fluidyzacyjne nanoszenie powłoki z tworzywa odbywa się w fluidyzatorze. Polega na wytworzeniu złoża fluidalnego ze sproszkowanego tworzywa i wprowadzeniu do niego przedmiotu nagrzanego powyżej temperatury topnienia tworzywa. Cząstki tworzywa topnieją stykając się z nagrzanym przedmiotem i tworzą na nim powłokę związaną adhezyjnie. Po wyjęciu z fluidyzatora przedmiot powtórnie nagrzewa się do temperatury topnienia tworzywa w celu wytworzenia jednorodnej powłoki. W celu zapewnienia jednorodnej powłoki o dobrej jakości przedmiot po wyprowadzeniu z fluidyzatora powtórnie nagrzewa się w podobnej komorze lub tunelu grzejnym do temperatury topnienia tworzywa. Na proces nanoszenia fluidyzacyjnego wpływają następujące ważniejsze czynniki:

a) właściwości przedmiotu: temperatura nagrzania, ciepło właściwe, współczynnik przewodzenia ciepła, gęstość, kształt i wymiary, stan warstwy wierzchniej, zwłaszcza powierzchni;

b) właściwości tworzywa: temperatura topnienia, ciepło właściwe, współczynnik przewodzenia ciepła, gęstość, kształt i wymiar cząstek;

c) właściwości dna porowatego: kształt i wymiary porów, równomierność rozmieszczenia porów, stan powierzchni porów;

d) właściwości gazu: gęstość, lepkość, prędkość przepływu, temperatura, wilgo­tność;

e) technika nanoszenia: czas przetrzymania przedmiotu w złożu, czyli czas na­noszenia, temperatura otoczenia, ruchy przedmiotu w złożu.

Większość tych czynników jest ustalona dla danego rodzaju materiału przedmiotu, sposobu przygotowania powierzchni i rodzaju użytego tworzywa, jak również rozwiązania konstrukcyjnego przedmiotu. Niektóre czynniki są zdeterminowane cechami konstrukcyjnymi fluidyzatora oraz urządzeń z nim współpracujących. Do parametrów nanoszenia zalicza się głównie: temperaturę przedmiotu w momencie wprowadzania do złoża, temperaturę gazu i czas nanoszenia.

Część doświadczalna:

Talerzyki wytworzono na prasie PG-30 (prasa górnozaworowa o nacisku maksymalnym 30 ton) z teleskopowo-stykowo zamknięciem form przy temperaturze formy 155-160 °C z tworzywa fenolowo – formaldehydowego z napełniaczem w postaci mączki drzewnej. Przed operacją prasowania wyznaczono gęstość pozorną tworzywa. Do umieszczonego na statywie naczynie nasypano pewną ilość tworzywa po czym podstawiono zważony odbieralnik 100cm³ po czym swobodnie wypuszczono tworzywo i ponownie zważono. Pomiar powtórzono trzykrotnie i obliczono średnią arytmetyczna z uzyskanych wyników.

Waga naczynia o pojemności 100cm³: 194,4g

Masa tworzywa	Gęstość pozorna
260,7g-194,4g=66,3g	d1 =0,663 g/cm^3
261,3g-194,4g=66,9g	d2 =0,669 g/cm^3
260,9g-194,4g=66,5g	d3 =0,665 g/cm^3
Średni wynik
66,6	0,666 g/cm^3

Tabela 1 Gęstość pozorna tworzywa

Do wyczyszczonej za pomocą sprężonego powietrza matrycy nasypano odpowiednią ilość tworzywa i rozpoczęto prasowanie wstępne (po 15 sekundach w nacisku 150kG/cm² podniesiono stempel w celu odgazowania wyrobu z produktów ubocznych) i właściwe (3 minuty, 310kG/cm²). Po prasowaniu talerzyk wyjęto z prasy, oszlifowano z ostrych końców i pozostawiono aby ostygł, następnie zmierzono średnicę w celu obliczenia skurczu prasowniczego.

Wymiar matrycy w temperaturze 293K:

Wymiar wyrobu w temperaturze 293K:

Skurcz prasowniczy:

$$S_{p} = \frac{L_{f293K} - L_{w293K}}{L_{f293K}}*100\% = \frac{123,0 - 118,9}{123,0}*100\% = 3,3\%$$

L_f293K- wymiar liniowy gniazda formy w temperaturze 293K

L_w293K-wymiar liniowy wyrobu w temperaturze 293K

Laminaty – wycięto 4 razy identyczny kawałek z tkaniny bawełnianej z żywicą epoksydową, zmierzono wymiary, umieszczono razem, zmierzono wymiary (długość, szerokość, grubość), następnie ułożono w warstwy. Operacje powtórzono dla tkaniny bawełnianej z żywicą epoksydową. Dla zadanych wartości ciśnienia i czasu obliczono odpowiednie warunki procesu – czas oraz ciśnienie. Temperatura procesu prasowania wynosiła 180 °C.

Zadane przez prowadzącego dane do prasowania tworzyw:

Tkanina szklana: p=150 kG/cm²; t=60s/mm

Tkanina bawełniana: p=500 kG/cm²; t=90s/mm

Obliczenia dla tkaniny szklanej:

$$150\frac{\text{kG}}{\text{cm}2} - 100cm^{2}$$

x − 22, 52cm²

$$x = 33,78\frac{\text{kG}}{\text{cm}2}$$

Grubość: 0,8mm

$$0,8mm*60\frac{s}{\text{mm}} = 48s$$

Obliczenia dla tkaniny bawełnianej:

$$500\frac{\text{kG}}{\text{cm}2} - 100cm^{2}$$

x − 27, 03cm²

$$x = 135,15\frac{\text{kG}}{\text{cm}2}$$

Grubość: 1,7mm

$$1,7mm*90\frac{s}{\text{mm}} = 153s$$

Tkanina	p [kG/cm^2]	t [s]
Tkanina bawełniana	34	48
Tkanina szklana	135	153

Tabela 2 Dane procesowe prasowania

Tworzywo bawełniane zgrało się w dobrym stopniu – nie rozwarstwiało się po procesie, natomiast szklane wyciekło w prasie oraz rozwarstwiło się. Prawdopodobnie tkanina szklana pochodziła z trefnej partii materiału.

Formowanie próżniowe - na stoliku umieszczono uszczelkę oraz metalową foremkę z małymi otworami, a następnie folię z tworzywa sztucznego. Całość dociążono i zaczęto równomiernie ogrzewać suszarką folię. Następnie wypompowano powietrze spod folii tworząc próżnię, co skutkowało zassaniem tworzywa i wytworzeniem wyrobu, który następnie przecięto i zmierzono suwmiarką grubość. Z początkowej grubości 0,5mm udało się wytworzyć produkt o grubości 0,4mm, 0,2mmm, a nawet 0,1mm.

Fluidyzacja - cztery metalowe płytki, których zmierzono grubość, ogrzano na stoliku do temperatury ok. , po czym kolejno umieszczano je w złożu fluidalnym ze sproszkowanego tworzywa. Grubość płytek przed i po operacji, wraz z czasami fluidyzacji zestawiono w tabeli:

Przed fluidyzacją	Po fluidyzacji
Grubość [mm]	Czas fluidyzacji [s]
2	10
3	8
17	9
15	7

. Po zmierzeniu grubości po fluidyzacji sprawdzono każdą z płytek na metalowym stoliku dokładając do ich powierzchni bardzo wysokie napięcie i obserwując przeskakujące iskry, aby sprawdzić szczelność powłoki. Wszystkie płytki okazały się szczelne – nie zaobserwowano iskier (pojawiały się one na powierzchni metalowego podłoża oraz miejscu, gdzie płytka posiadała otwór na haczyk).

Wnioski: