Причины образования пузырей при литье полиуретановых изделий

Пузыри и поры относятся к наиболее распространённым дефектам литья полиуретана. Они ухудшают внешний вид детали, нарушают однородность материала и могут снизить её прочность. Особенно критичны внутренние полости в роликах, втулках, колёсах, уплотнениях и других изделиях, работающих под механической нагрузкой.

При этом одинаковые на первый взгляд дефекты могут возникать по разным причинам. В одном случае воздух попадает в смесь при перемешивании, в другом газ образуется уже в результате химической реакции. Поэтому увеличение времени вакуумирования или изменение скорости заливки помогает не всегда.

Чтобы устранить проблему, необходимо определить источник пузырей и этап производства, на котором они появляются.

В полиуретановых изделиях могут встречаться несколько типов дефектов:

• мелкие поры внутри материала;
• крупные воздушные полости;
• поверхностные пузырьки;
• кратеры и раковины;
• локальные непроливы;
• выраженное вспенивание смеси.

Расположение дефекта помогает определить его вероятную причину. Множество мелких пор по всему объёму часто указывает на присутствие влаги или большое количество захваченного воздуха. Если крупная полость постоянно возникает в одном и том же месте, причина, скорее всего, связана с конструкцией формы или направлением движения смеси.

Пузыри в полиуретане возникают по двум основным механизмам.

Воздух может попасть в материал во время перемешивания, переливания, вакуумирования, машинной подачи или заполнения формы. Если смесь достаточно жидкая и сохраняет текучесть, большая часть пузырьков успевает подняться на поверхность.

После начала отверждения вязкость увеличивается. Движение пузырьков замедляется, и оставшийся воздух оказывается внутри изделия.

Полиуретановые компоненты чувствительны к влаге. При контакте изоцианатного компонента с водой выделяется углекислый газ. Он создаёт новые пузырьки уже после смешивания и может вызвать пористость или вспенивание материала.

Такой дефект нельзя полностью устранить обычной дегазацией. Даже если удалить воздух из готовой смеси, газ продолжит образовываться, пока в системе остаётся влага.

Волх осуществляет услугу по литью полиуретанов.

После вскрытия упаковки компоненты контактируют с воздухом и могут постепенно поглощать влагу. Риск увеличивается, если ёмкость долго остаётся открытой, негерметично закрывается или хранится в неподходящих условиях.

Источниками проблемы становятся:

• длительно открытая тара;
• частое переливание материала;
• негерметичная крышка;
• хранение во влажном помещении;
• использование сырья после истечения установленного срока;
• образование конденсата на холодной таре.

Загрязнение влагой не всегда можно определить по внешнему виду компонента. Материал может выглядеть однородным, но после смешивания начать пузыриться.

Чтобы снизить риск, сырьё хранят в герметичной упаковке и подготавливают по требованиям производителя конкретной полиуретановой системы. Нельзя использовать один температурный режим для всех материалов: допустимые условия хранения и переработки указываются в технической документации.

Даже сухие компоненты могут начать вспениваться при контакте с влажной оснасткой. Вода остаётся на поверхности формы, внутри пористых материалов, на инструментах и металлических закладных элементах.

Причиной может стать и конденсат. Например, если холодную форму перенесли в тёплое помещение и сразу начали заливку, на её поверхности появляется тонкий слой влаги.

Перед работой необходимо проверить и при необходимости просушить:

• форму;
• литниковые и вентиляционные каналы;
• металлические втулки и сердечники;
• ёмкости и мешалки;
• мастер-модели;
• поверхности, обработанные разделительным составом.

Особое внимание уделяют пористым формам и элементам, способным удерживать влагу внутри материала.

Пузыри могут появиться после добавления наполнителя, хотя без него полиуретан отливался без дефектов. Причиной часто становится влага, содержащаяся в порошке или пигменте.

Некоторые минеральные и органические наполнители поглощают воду из воздуха. Внешне они остаются сыпучими и сухими, но при добавлении в полиуретан вызывают выделение газа.

Наполнитель также повышает вязкость смеси. Воздуху становится сложнее подняться на поверхность, поэтому увеличивается риск внутренней пористости.

Перед применением необходимо проверить совместимость добавки с полиуретановой системой, условия её хранения и требования к предварительной сушке.

Во время смешивания компонентов важно получить однородную массу, не насыщая её воздухом. Слишком высокая скорость или неправильное положение мешалки создают в ёмкости воронку, которая затягивает воздух в материал.

На количество пузырей влияют:

• скорость вращения мешалки;
• форма рабочего элемента;
• глубина его погружения;
• объём смеси;
• размеры ёмкости;
• вязкость компонентов;
• продолжительность перемешивания.

Рабочий элемент должен оставаться погружённым в материал. Его выход на поверхность и образование выраженного вихря увеличивают количество воздушных включений.

При этом слишком слабое или короткое перемешивание тоже недопустимо. Оно может привести к неоднородности состава и различию свойств материала в отдельных участках изделия. Задача состоит в полном смешивании компонентов без устойчивой воздушной воронки.

Вакуумирование применяют для удаления захваченного и частично растворённого воздуха. Под действием пониженного давления пузырьки увеличиваются в объёме, поднимаются и разрушаются на поверхности смеси.

Причинами недостаточной дегазации могут быть:

• слишком короткая выдержка;
• недостаточная глубина вакуума;
• большой объём материала в небольшой ёмкости;
• высокая вязкость смеси;
• запоздалое начало вакуумирования;
• короткое время жизни полиуретана;
• повторный захват воздуха после выхода из камеры.

Во время вакуумирования смесь заметно увеличивается в объёме, поэтому ёмкость заполняют с запасом. Иначе материал может перелиться через край.

Конкретную продолжительность дегазации подбирают под используемую систему. Она зависит от вязкости, температуры, размера замеса и времени начала отверждения.

Следует учитывать, что вакуум удаляет воздух, но не устраняет влагу, уже вступившую в реакцию с компонентами. Если после дегазации смесь продолжает пузыриться, необходимо искать источник химического газообразования

Температура влияет одновременно на вязкость полиуретана и скорость химической реакции.

Холодные компоненты обычно имеют повышенную вязкость. Из такой смеси пузырьки выходят медленнее, а тонкие каналы и мелкий рельеф формы заполняются хуже.

Слишком высокая температура способна чрезмерно ускорить реакцию. Материал начинает густеть ещё до того, как воздух успевает выйти, а форма — полностью заполниться.

Температуру компонентов и оснастки устанавливают в соответствии с технологией переработки выбранного материала. Произвольный нагрев не всегда улучшает результат.

Даже после качественной дегазации смесь можно повторно насытить воздухом во время заливки. Это происходит при падении струи с большой высоты, резкой подаче или столкновении нескольких потоков внутри формы.

Риск увеличивают:

• прерывистая струя;
• слишком быстрая заливка;
• подача материала с большой высоты;
• заполнение формы одновременно из нескольких точек;
• попадание струи на мелкий рельеф;
• дополнительное перемешивание перед самой заливкой.

Смесь обычно подают непрерывно в одну точку, позволяя ей постепенно распространяться по форме и вытеснять воздух. Направление потока подбирают с учётом геометрии изделия.

В закрытой форме воздух должен выходить через специально предусмотренные каналы. Если вентиляции недостаточно, полиуретан перекрывает путь воздуху и запирает его в верхней или глухой части полости.

Особенно часто проблема возникает:

• в верхних точках формы;
• внутри тонких ответвлений;
• рядом с поднутрениями;
• в углублениях;
• на участках, удалённых от литника.

Если полость появляется в одном и том же месте при каждой заливке, следует проверить расположение литников, выпоров и вентиляционных каналов. Одно только вакуумирование смеси такую проблему может не решить.

После соединения компонентов начинается химическая реакция. У производителя остаётся ограниченное время на смешивание, дегазацию и заполнение формы.

Часть рабочего времени теряется из-за продолжительного перемешивания, медленной подготовки оборудования, переливания смеси между ёмкостями или задержки перед заливкой. Когда полиуретан начинает густеть, пузырьки уже не могут свободно двигаться.

Поэтому форма, инструменты и оборудование должны быть подготовлены до соединения компонентов. Последовательность операций рассчитывают так, чтобы завершить заливку до заметного увеличения вязкости.

Внешний вид дефекта помогает сузить поиск, но окончательную причину определяют после проверки сырья, оборудования и пробных отливок.

Контроль необходимо вести на всех этапах производства. Компоненты хранят в герметичной таре, а формы, инструменты, закладные элементы и наполнители проверяют на отсутствие влаги. Материал смешивают без выраженной воздушной воронки и дегазируют в пределах установленного времени жизни.

При заполнении формы обеспечивают непрерывное движение смеси и свободный выход воздуха. Для сложных изделий заранее проектируют расположение литников и вентиляционных каналов. Температуру, пропорции компонентов и режим отверждения выбирают по документации на используемый полиуретан.

Если пузырьки появляются регулярно, недостаточно увеличить время вакуумирования. Необходимо определить, является ли причиной захваченный воздух, влага, высокая вязкость или конструкция оснастки.

Вакуум и давление решают разные задачи.

Вакуумирование помогает извлечь воздух из жидкой смеси до заливки. Избыточное давление не удаляет пузырьки, а уменьшает их размер во время отверждения материала.

Давление необходимо сохранять до тех пор, пока полиуретан не наберёт достаточную прочность. При слишком раннем снятии пузырьки могут снова увеличиться.

Выбор метода зависит от применяемой системы, размеров изделия, конструкции формы и требований к готовой детали.

После извлечения изделие проверяют на наличие поверхностных пор, раковин, непроливов и отклонений геометрии. При настройке технологии используют пробные отливки, по которым оценивают не только поверхность, но и структуру материала.

Если дефект повторяется, последовательно проверяют хранение компонентов, влажность оснастки, параметры смешивания, дегазацию, температуру и заполнение формы. Такой подход позволяет найти первопричину, а не временно скрыть её последствия.

Компания «Волх» выполняет литьё полиуретановых изделий по чертежам, образцам и техническим требованиям заказчика. Параметры подготовки материала, заливки и отверждения подбираются с учётом геометрии детали, марки полиуретана и условий дальнейшей эксплуатации.

Вас может заинтересовать:
Литье пластмасс;
Литье на Babyplast;
Литье полиуретанов.