Инновационные аспекты в технологии и переработке пластических масс. Часть 2

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение высшего образования 
«Казанский национальный исследовательский 
технологический университет» 

ИННОВАЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ 
В ТЕХНОЛОГИИ И ПЕРЕРАБОТКЕ 
ПЛАСТИЧЕСКИХ МАСС 

Часть 2 

Учебное пособие 

Казань 
Издательство КНИТУ 
2019 

УДК 678.5.002.6:330.341(075) 
ББК 35.71:65я7

И66

Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 

Рецензенты: 
д-р хим. наук, проф. Н. И. Кольцов 
канд. хим. наук К. Г. Четвериков 

И66 

Авторы: А. Н. Садова, Н. Е. Темникова, Х. С. Абзальдинов, 
Д. Д. Исхакова, Т. Р. Дебердеев 
Инновационные аспекты в технологии и переработке пластических 
масс: в 3 ч. Ч. 2 : учебное пособие / А. Н. Садова [и др.]; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во 
КНИТУ, 2019. – 152 с. 

ISBN 978-5-7882-2763-4 
ISBN 978-5-7882-2765-8 (ч. 2)

Представлены инновационные аспекты в области технологии получения, переработки и применения полимерных материалов. Рассмотрены особенности развития полимерной отрасли в России. 
Предназначено для магистров, обучающихся по направлению подготовки 18.04.01 «Химическая технология», также может быть полезно для инженерно-технических работников, специализирующихся в области технологии получения и переработки пластмасс и композиционных материалов. 
Подготовлено на кафедре технологии пластических масс. 

ISBN 978-5-7882-2765-8 (ч. 2) 
ISBN 978-5-7882-2763-4

© Садова А. Н., Темникова Н. Е., Абзальдинов Х. С., 

Исхакова Д. Д., Дебердеев Т. Р., 2019

© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2019

УДК 678.5.002.6:330.341(075) 
ББК 35.71:65я7

С П И С О К  И С П О Л Ь З У Е М Ы Х  С О К Р А Щ Е Н И Й

БОПП – биаксиально-ориентированная полипропиленовая пленка 
ГКС – горячеканальная система 
ДВТ – длинноволокнистые термопласты 
КПМ – комбинированные пленочные материалы 
ЛВИ – литье высокопрочных изделий 
МПМ – многослойные пленочные материалы 
ТПА – термопластавтомат 
ТУП – термоусадочные пленки 
MCF – литья изделий из полимерных материалов микроячеистой структуры 
SCF – система введения газа в материальный цилиндр литьевой машины 
IM-LGF – инжекционное литье гранулятов, армированных длинными 
волокнами 
IM-KGF – литье гранулятов с короткими волокнами 
R-RIM – обработка наполненных полиуретановых компонентов
LFI – инжекционное литье с длинными волокнами реакционно-способного полиуретана
HD-RTM – переносное литье под высоким давлением
C-RTM – компрессионное переносное литье
ПА – полиамид
УПС – ударопрочный полистирол
TPE – thermoplastic elastomer (термопластичный эластомер)
ПВХ – поливинилхлорид

В В Е Д Е Н И Е

Настоящее учебное пособие посвящено инновациям в области 
технологии и переработки пластических масс и композиционных материалов. Сегодня перед человечеством стоят серьезные вызовы, связанные с такими глобальными тенденциями, как рост населения планеты, 
активные процессы урбанизации, увеличение потребления энергоносителей, а также стремительное сокращение природных ресурсов и изменение климата. Для решения столь глобальных задач нужны прежде 
всего креативные головы, инновационные технологии и высококачественные материалы. 
Инновации в области литья под давлением рассмотрены в главе 1 
настоящего пособия. Литье под давлением – это самый распространенный способ получения изделий из полимерных материалов. Он применяется как в производстве небольших деталей, например, шестеренок 
для часов, так и для изготовления изделий большого размера (мусорные 
баки, автомобильные бамперы). В большинстве случаев изготовленные 
по этой технологии изделия не требуют дополнительной обработки. 
Исключительное разнообразие ассортимента штучных изделий 
из полимерных материалов, широкий комплекс предъявляемых к ним 
требований (потребительские, эксплуатационные, технологические, 
экономические, дизайнерские) диктуют необходимость разработки инновационных методов литья под давлением, а также совершенствования традиционных способов переработки полимеров. 
Глава 2 посвящена другому традиционному методу переработки 
полимеров – экструзии (при производстве труб, многослойных пленок, 
стрейч-пленок, двухосно-ориентированных термоусаживающихся пленок с высокими барьерными свойствами), а также новым принципам 
создания упаковочной техники на различных этапах ее развития.  
Авторы благодарят руководство компании Danaflex: директора 
по развитию В. В. Молокина, директора по производству А. А. Кудосова за консультации и предоставленные информационные материалы. 

1 .  И Н Н О В А Ц И О Н Н Ы Е  А С П Е К Т Ы  
В  Т Е Х Н О Л О Г И И  П О Л У Ч Е Н И Я  П О Л И М Е Р Н Ы Х
И З Д Е Л И Й  М Е Т О Д О М  Л И Т Ь Я  
П О Д  Д А В Л Е Н И Е М  

Литье под давлением – это наиболее распространенный способ 
получения изделий из полимерных материалов. Он применяется как 
в производстве небольших деталей, например, шестеренок для часов, 
так и для изготовления изделий большого размера (мусорные баки, автомобильные бамперы). В большинстве случаев изготовленные по этой 
технологии изделия не требуют дополнительной обработки. 
Литье под давлением включает в себя пластикацию гранулированного или порошкообразного материала (формовочной массы) и его 
перемещение под высоким давлением и на высокой скорости в формующую полость литьевой формы, где он затвердевает за счет охлаждения или «сшивки», что позволяет извлечь готовое изделие из формы. 
Исключительное разнообразие ассортимента штучных изделий 
из полимерных материалов, широкий комплекс предъявляемых к ним 
требований (потребительские, эксплуатационные, технологические, 
экономические, дизайнерские) диктуют необходимость разработки инновационных методов литья под давлением, а также совершенствования традиционных способов переработки полимеров. В последние годы 
интенсивно развиваются комбинированные методы литья под давлением, в том числе инжекционно-газовое (литье с газом или водой), литье высокопрочных изделий (ЛВИ) и процессы получения изделий из 
разнородных материалов. 

1 . 1 .  Л и т ь е  с  г а з о м  

Процесс литья под давлением с газом (рис. 1.1) состоит из этапа 
частичного или почти полного впрыска расплава полимерного материала в форму, а затем подачи под давлением газа (обычно азота) в центр 
расплава через сопло горячеканальной системы (ГКС), центральный 
литник, подводящие литники или напрямую в формующую полость. 
Сжатый газ встречает на пути меньшее сопротивление, следуя за 

передним фронтом расплава, где давление минимально. В результате 
газ проникает в расплав и формирует пустоты и каналы большого сечения внутри конструкции, заставляя расплав полимера заполнять и 
уплотнять весь объем формующей полости. Поскольку у газа отсутствует вязкость, он эффективно распространяется и проникает в самые 
удаленные части отливки, поэтому требуется относительно небольшое 
его давление, чтобы получить достаточное и равномерное распределение газа по всей формующей полости. Этот технологический процесс 
дает возможность производить легкие по весу, но прочные изделия, без 
утяжин и менее подверженные деформации. 

Рис. 1.1. Схема литья под давлением с газом 

Литье под давлением с газом начинается с частичного или почти 
полного впрыска расплава полимера в форму, как и при обычном литье 
под давлением, после чего осуществляется подача сжатого газа. В основном для этой цели используется сжатый азот (в силу его доступности, низкой стоимости и инертности по отношению к расплаву полимера). Во время подачи газ попадает в среднюю часть полости, где полимер еще находится в расплавленном состоянии, вытесняя его в удаленные места с одновременным уплотнением (рис. 1.2).  

Рис. 1.2. Схема подачи газа в форму при литье под давлением 

В зависимости от типа используемого оборудования процесс литья с газом может проводиться в двух вариантах: с управлением давлением газа и с управлением объемом подаваемого газа. В первом варианте давление газа изменяется по определенному закону (постоянное, 
изменяющееся линейно или импульсами). Во втором случае газ сначала 
подается при заданном давлении в поршневой дозирующий компрессор, откуда подается в форму. Традиционная литьевая машина может 
быть переоборудована для литья с газом за счет добавления источника 
подачи газа и устройства управления (рис. 1.3). 
Однако литье с газом требует особого подхода к оборудованию и 
технологическому процессу из-за необходимости управления подачей 
газа под давлением, а также размещением и выбором размеров каналов 
подачи газа, чтобы добиться желаемого характера его распределения. В 
качестве иллюстрации на рис. 1.4 приведена схема подачи газа через 
сопло ГКС и его распределения в форме через систему газовых каналов 
большого сечения. 

Рис. 1.3. Схема традиционной литьевой машины, адаптированной 

для литья с газом (добавлены цилиндр для сжатия газа  

и вспомогательное оборудование: а – электрооборудование;  

b – гидравлическая система; с – пульт управления; d – газовый  

цилиндр 

 
 

 

 

Рис. 1.4. Схема подачи газа через сопло ГКС и его распределения  

через сеть газовых каналов большого сечения 

 
Литье с газом начинается со стадии подачи полимерного матери
ала, что аналогично процессу обычного литья под давлением. После 
включения подачи газа делается определенная задержка, во время 

которой тонкий слой полимерного материала охлаждается, чтобы газ 
распределялся в рассчитанные места большого сечения формы, которые служат каналами для его подачи. Иногда подача газа прекращается 
до окончания впрыска расплава полимера, чтобы избежать утяжин, возникающих на поверхности расплава во время подачи газа. Однако это 
может быть сделано, только когда точка подачи газа в форму сдвинута 
относительно точки поступления полимера, в противном случае одновременный впрыск полимера и газа через один впускной литник будет 
приводить к волнам на поверхности изделия. Временем подачи газа 
считается время, в течение которого газ под давлением подается через 
впускные литники. Поскольку газ подается для улучшения заполнения 
формы и уплотнения расплава, то стадия подачи газа состоит из фазы 
подачи-заполнения газа и фазы после завершения заполнения. Время 
начала и длительность подачи газа являются двумя важнейшими параметрами процесса, которые влияют на распределение газа в форме. Как 
и в традиционном процессе литья под давлением, изделию надо дать 
достаточно времени, чтобы охладиться внутри формы после отключения давления газа. Толщина поверхностного слоя полимера (которая 
также называется остаточной толщиной стенок), покрывающего объемную часть, пронизанную газовыми каналами, идеально способствует 
снижению времени охлаждения. После этого литьевая форма открывается и изделие можно извлечь. 
Хотя общее время подачи газа занимает значительную часть всей 
операции, реально оставшееся время после начала поступления газа до 
момента полного заполнения объема формы очень мало (см. рис. 1.4). 
Тем не менее, относительно небольшое время подачи газа отвечает за 
успех получения отливки, поскольку различные проблемы в процессе 
литья, такие, как воздушная пробка или газовый пузырь из-за короткого 
времени подачи, распределение газа в тонком слое из-за неравномерной подачи и аналогичные им, обычно возникают именно на этой стадии. Проникновение газа с вытеснением расплава полимера в процессе 
подачи часто называют первичным проникновением газа. Обычно это 
стадия, на которой распределяется основная часть газа (предполагается, что при этом впрыскивается небольшое количество материала) и 
которая влияет на качество конечного продукта. После заполнения объема формы поддерживается определенный уровень давления газа, 
чтобы произвести уплотнение отливки. После окончания подачи полимера (на стадии выдержки) происходит так называемое вторичное проникновение газа для компенсации усадки материала, которая 

в основном происходит вдоль каналов распределения газа или в местах 
наибольшего сечения изделия. После охлаждения литого изделия и перед его извлечением давление газа отключается. Отсутствие вязкости у 
газа идеально способствует распределению давления и эффективному 
проникновению расплава в крайние зоны изделия, что в результате создает равномерное распределение давления во всем объеме формы. Литье с газом позволяет получать легкие по весу, прочные изделия, без 
утяжин и коробления. Эта технология открывает новые возможности 
в области конструирования изделий из пластмасс. 

1 . 2 .  Р а з н о в и д н о с т и  л и т ь я  с  г а з о м

В настоящее время производители оборудования предлагают несколько вариантов технологии литья с газом. Например, вместо использования сжатого азота разработан процесс литья с жидкостью, в котором осуществляется подача жидкости в расплав полимера (рис. 1.5). 

Рис. 1.5. Схема литья под давлением с водой