Монолитный поликарбонат. Руководство по обработке
ОБРАБОТКА
Для обработки монолитного поликарбоната применяются стандартные метод и оборудование для работ по дереву и металлу. Но для получения качественного результата чледует строго соблюдать рекомендации по настройке оборудования.
Обе поверхности листа монолитного поликарбоната защищены полиэтиленовой пленкой, которая должна сохранятся в течении всей обработки и удаляться сразу после монтажа готового изделия. Но при проведении "горячих" работ ее необходимо предварительно удалить. Если пленка термоустойчивая, то работы при высоких температурах проводятся в пленочной защите.
Чтобы избежать вибрации и сдвига материала во время порезки, фрезеровании и сверлении, его необходимо зафиксировать на слесарном столе при помощи струбцин. При этом между зажимом и самим материалом необходимо использовать специальные прокладки (войлочные, полимерные, замшевые), которые предохранят материал от повреждений.
Для того, чтобы избежать травм при работе с листами монлитного поликарбоната, рекомендуется пользоваться рукавицами и защитными очками.
Резание
Если толщина листов монолитного поликарбоната не превышает 3 мм, то их можно резать ножницами или гильотной. Для гильотины угол резания до 40°С и зазор - 0,01-0,02мм. Во всех остальных случаях используется стандартное раскроечное оборудование: лнточные, циркулярные пилы, лобзик, ножовка, фрезер. Наиболее качественный результат получается при работе с карбидными остро заточенными лезвиями.
Рекомендации по настройке оборудования:
| Характеристика | Фрезерование | Сверление | Ленточная пила | Циркулярная пила |
| Угол задней кромки | 20°-25° | 15° | 20°-30° | 20°-30° |
| Передний угол резания | 0°-5° | 0°-5° | 0°-5° | 10°-15° |
| Скорость резания | 100-500 м/мин | 350-1750 об/мин | 600-1000 м/мин | 1800-1300 м/мин |
| Скорость подачи | 1,5 м/мин | 0,035-0,075 мм/об | 20-25 м/мин | 15-25 м/мин |
| Расстояние между зубьями | - | 3-12 мм | 1,5-3 мм | 8-12 мм |
При резании листов монолитного поликарбоната следует придерживаться следующего правила: чем тоньше лист, тем меньше расстояние между зубьями режущей поверхности.
| Толщина листов МПК, мм | Расстояние между зубьями, мм |
| Меньше 3мм | 1-3 мм |
| 4-8 мм | 3-8 мм |
| Свыше 8 мм | 8-12 мм |
При раскрое листов монолитного поликарбоната необходимо следить за постоянным удалением стружки, которая может поцарапать поверхность листа. Не рекомендуется использовать высокоскоростные инструменты для резки стали, не смотря на то что монолитный поликарбонат обладает довольно высокой температурой плавления, края могут получиться оплавленными.
Фрезерование
Используя фрезер, с монолитным поликарбонатом можно совершать разные операции:
- вырезать криволиненые формы
- создать закругления на предварительно вырезанном изделии
- снять кромку с формованных изделий
- произвезти гравировку.
Для этого используются стандартные фрезы для металла с острым углом резания и большим задним углом резца. Оборудование - ручно электрический фрезер и координатно-фрезерный станок. Фреза - одноперьевая из быстрорежущей стали. При фрезеровании монолитного поликарбоната конечный результат зависит от остроты инструмента и удаления образовывающихся опилок, которые могут привести к образованию царапин на изделии.
Ручной электрический фрезер (Makita, Bosh, Metabo и др.) дают возможность резки (вырезания) материала зафиксированного на рабочем столе. Для простой порезки листа монолитного поликарбоната используется направляющая шина. А чтобы вырезать деталь по заданному контуру, достаточно сделать ее заготовку из фанеры и, наложив ёё на монолитный поликарбонат, "обвести" фрезером. На фрезу надевается ролик, который обеспечивает постоянный контакт с заготовкой без ее деформации. Для выбора настройки фрезера обращайтесь в инструкцию, прилагающуюся к оборудованию.
Координатно-фрезерные станки позволяют добиться максимально качственного результата обработки по сравнению с другим оборудованием. Маршрут прохождения фрезу задается программным управлением, таким образом, человеческий фактор и связанные с ним ошибки полностью исключены. Как правило, КФС оснащены и системой удаления пыли и крупных мусорных частиц, образующихся в процессе работы фрезы и ее автоматическим охлаждением.
Для выбора настройки фрезера обращайтесь в инструкцию, прилагающуюся к оборудованию.
Формование монолитного поликарбоната
Формовать монолитный поликарбонат можно двумя способами: холодным и горячим (термоформирование).
Холодное формование
Производится на металлических вальцах, вдоль направления экструзии (длина листа). максимальный угол холодного формования зависит от толщина материала, и приблизительно может расчитываться исходя из соотношения угол изгиба = 150 толщин материала.
Предупреждение:
1. В случае холодного формования лист получает значительные внутренние напряжения, которые можно снизить последующим отжигом изделия.
2. После холодного изгибания происходит релаксация пластика. поэтому необходимо закладывать дополнительно 20°-25° изгиба, чтобы в окончательном состоянии достичь нужного результата.
Возможности применения холодного изгиба ограничены многими факторами: опытом специалиста, исходным качеством пластика, внутренними напряжениями, которые могут остаться после производства материала. Поэтому применять его необходимо с большой осторожностью.
Термоформование
Формование в горячем состоянии можно производить разными методами:
- поместив нагретый пластик на выпуклую (позитивное формование) или вогнутую (негативное) форму, где он под собственным весом примет вид изделия;
- свободным втягиванием в вакуумплотноц камере;
- свободным выдуванием сжатым воздухом (с формами и без).
При работе с монолитным поликарбонатом способом негативного формования, особенно толстыми листами, свободное обволакивание матриц может быть недостаточным. Это объясняется высокой вязкостью материала в пластичном состоянии. Поэтому для заполнения углов и глубоких участков матрицы может потребоваться дополнительное давление.
Монолитный поликарбонат - абсорбирующий материал. Поэтому, перед началом термоформования, если выбранный способ формования материала требует температуру свыше 160°С, листы неоходимо просушить. В противном случае внешний вид готового изделия будет испорчен пузырьками.
Сушка
Рекомндации по проведению сушки листов монолитного поликарбоната:
1. Процесс сушки монолитного поликарбоната происходит в циркулярной печи при температуре 120-125°С.
2. Перед помещением материала в печь с него нужно снять защитную пленку. Иначе она спечется и испортит внешний вид листов.
3. При одновременной сушке нескольких листов, расстояние между ними должно составлять не менее 30 мм для циркуляции воздуха.
4. Просушивание листов необходимо производить не ранее 10 часов до начала термоформования. По проишествии более длительного времени материал снова может вобрать влагу и операцию придется повторять.
5. Листы монолитного поликарбоната можно оставить в выключенной печи до начала теплоформования. Это сократит время достижения листом температуры пластичности.
Чем толще лист, тем длительнее сушка.
| Толщина, мм | Время сушки при 125 °С (в часах) |
| 1 | 1,5 |
| 2 | 4 |
| 3 | 7 |
| 4 | 12 |
| 5 | 18 |
| 6 | 26 |
| 8 | 45 |
Нагревание до температуры пластичности
Результат термоформования зависит от качественного нагрева материала в печи.
Необходимо тщательно контролировать, чтобы температура листа была одинаковой во всей плоскости, а это напрямую зависит от равномерной циркуляции теплого воздуха в камере. Межденно повышая температуру в камере, необходимо перейти рубеж "точки стеклования" (150°С) и довести лист до пластичного состояния.
Производство изделий методом термоформования начинается при температурах выше 150°С, глубокая вытяжка материала для негативного и позитивного формования начинается при температурах 180-190°С
Формование при температурах ниже 150°С может привести к нежелательным внутренним напряжениям, снижающим ударную прочность и химическую стойкость изделия. Эти напряжения видны только с использованием поляризованного света. Частично их можно снизить отжигом.
При подготовке заготовок для термоформуемых изделий необходимо учитывать, что при первом нагревании до точки стеклования материал дает усадку максимум 6% для листа толщиной до 3 мм и 3% для листов толще 3 мм Кроме того, с заготовок (или всего листа) ледует удалить защитную пленку, т.к. при воздействии высоких температур она спечется с листом.
Форму, на которой будет происходить необходимое искривление плоскости листа, необходимо предварительно разогреть до температуры 80-110°С. При холодном формовании - до 130°С.
Свободное формование
Самый простой способ формования. Заключается в свбодном обволакивании формы разогретым листом. Лист укладывают поверх формы и помещаютв разогретую до 150°С печь. после полного обволакивания, вынимают из печи (вместе с формой) и оставлят до остывания. Качество результата зависит от отсутствия зон локальных перепадов температур. Также, если лист не подвергался сушке, необходимо учитывать размер усадки пластика, потому что лист не фиксируется рамой. Свободное формование применяется для производства несложных изделий.
При свободном формовании не обязательно проводить предварительную сушку материала, так как этот ппроцесс происходит при более низких температурах (150-155°С). Более низкая температура позволяет сохранить твердость и оптические характеристики поверхности.
Формование под давлением
Разогретый лист укладывается на матрицу и свободно обволакивает ее. После этого, если заполнение матрицы недостаточно плотное, применяется давление (дополнительный прижим пластичного материала) к форме. Этот вид формования применяется для производства изделий несложной формы - как правило, это различные куполообразные конструкции с незначительной вытяжкой заготовок. Необходимо очень быстро выполнять все операции, так как монолитный поликарбонат очень быстро остывает.
Формы (матрицы) изготавливаются из стали или алюминия. Изделия, которые требуют хороших оптических свойств (защитные стекла на транспорте, полицейские щиты, защитные маски) изготавливаются на матрицах из отполированнй стали/алюминия, а также стекла/керамики, покрытых глазурью.
Кроме давления воздухом или усилия рукой (защищенной перчаткой или каким-нибудь мягким материалом), к этой технологии термоформования относятся формование с пуансоном, формование при помощи матрицы и пуансона.
Вакуум-формование
Этот вид формования проще, чем механическое воздействие на разогретый лист и дает более качественный результат. Необходимо помнить, что вакуум-формование всегда нуждается в предварительной сушке материала, так как использует температуры, превышающие 160-165°С. Также, необходимо контролировать равномерность толщины отформованного изделия, потому что разные отрезки листа растягиваются неравномерно.
Вакуум-оборудование оснащено рамой, в которую фиксируется лист. Это минимизирует усадку листа во время термической обработки, что особенно важно для тонких листов монолитного поликарбоната (до 3 мм), у которых она может составлять 6%. Также, в зависимости от вида используемых матриц (позитиыных/негативных), необходимо помнить, куда направлена сторона с UV-защитой.
Для производства высококачественных изделий необходимо следить, чтобы поверхность форм/матриц была идеально ровной и поддерживала максимально возможную температуру. Чем выше температура матрицы, тем лучше поверхность изделия. Поэтому для вакуум-формования рекомендуются только отполированные стальные и алиминиевые матрицы.
При вакуум-формовании лист устанавливается в раму и разогревается до температуры пластичности. Далее, он кладется на негативную форму (т.е. углубление) или на позитивную (выпуклость). Воздух, который остается между формой и материалом, удаляется при помощи вакуума и заготовка полностью обволакивает матрицу. Отсасывание воздуха происходит через множественные отверстия в матрице, диаметр которых на прилегающей к поликарбонату поверхности не превышает 0,6-0,7 мм. С внешней стороны они могут бть больше, это ускорит откачку воздуха их формы.
При вакуум-формовании используются как позитивные, так и негативные матрицы. Однако, технологически работать удобнее и проще со вторыми, и, кроме того, они менее подвержены повреждениям и износу, хотя и дороже в производстве.
Использование позитивных матриц называется драпировочным формованием. Позитивная матрица применяется для более глубокого вытягивания соотношение глубины к диаметру(4:1) и отличается более толстым основанием и тонкими стенками у конечного изделия. Цикл производства деталей с использованием позитивных форм более длителен и технологически сложнее. Лист поддерживается над самой высокой точкой матрицы. По мере размягчения, лист обволакивает матрицу, и на самом последнем этапе, когда достигнет температуры 160 °С и выше - тесно прижимается к ее краям. Далее, вакуумом через отверстия в матрице удаляются остатки воздуха.
Применение негативной матрицы отличается более тонким основанием и толстыми стенками конечного изделия. Этот метод называется ещё прямым вакуумным формованием. Утончение основания (верхних краев заготовки) происходит при использовании глубоких форм. При постепенном опускании горячего листа к центру матрицы, происходит его растяжение. Более всего лист оказывается растянут по краям и, следовательно, это самая тонкая часть изделия. Негативное формованиепозволяет достичь мелких деталей на внешней поверхности детали.
Изгиб по линии нагрева
Самый простой способ формования. Заключается в свободном обволакивании формы разогретым листом. Лист укладывают поверх формы и помещают в разогретую до 150°С печь. После полного обволакивания, вынимают из печи (вместе с фольгой) и оставляют до остывания. Качество результата зависит от отсутствия зон локальных перепадов температур. Также, если лист не подвергался сушке, необходимо учитывать размер усадки пластика, потому что лист не фиксируется рамой. Свободное формование применяется для производства несложных изделий.
При свободном формовании не обязательно проводить предварительную сушку материала, так как этот процесс происходит при более низких температурах (150-155°С). Более низкая температура позволяет сохранить твердость и оптические характеристики поверхности.
Соединение элементов из монолитного поликарбоната
Склеивание
Изделия из монолитного поликарбоната эксплуатируются в различных условиях - это могут быть предметы интерьера (сувениры, подставки, различные перегородки), уличные конструкции (витрины, защитное остекление, уличная мебель, детали транспорта, кровельные системы, фонари), элементы индивидуальной защиты (щиты маски, шлемы). Для каждого отдельного случая нужно рассматривать свои средства склеивания.
Изделия из монолитного поликарбоната, которые будут испытывать атмосферные воздействия и повышенную нагрузку, склеиваются при помощи силиконовых клеев и эпоксидных смол. Они обеспечивают прочное сцепление с другими пластиками, металлами, стеклом.
Для сувенирных изделий, которые выполняют декоративную функцию, можно пользоваться пистолетами с клеями горячего отверждения на полиамидной основе, этилвинилацетатными составами.
В любом случае, перед склеиванием заготовки должны быть очищены от мусора, пыли, электростатики. Также, предварительно обезжирьте контактные поверхности. Это повысит прочность соединения и внешний вид швов. Избегайте использования клеев и чистящих средств на основе растворителей, они ухудшают оптические свойства материала.
Для очищения поверхностей и обезжиривания используется изопропиловый спирт. Им же удаляют следы от пленки.
Иногда растворители (сольвены) целенаправленно используют для склеивания деталей из монолитного поликарбоната. Склеиваемые поверхности должны быть ровными. На мелкие детали игольчатым аппликатором наносится сольвент, после чего обеспечивается плотный длительный прижим. В случае, когда соединяются большие плоскости, эти элементы опускаются в сольвентную ванную с постоянным уровнем погружения, выдерживаются до размягчения поверхности и после точного совмещения фиксируются в нужном положении.
Сварка
Листы монолитного поликарбоната можно соединить между собой при помощи сварки с использованием сварочнго прутка. В этом случае, также потребуется предварительная сушка материала по технологии, описанной свыше. Кроме того, сварку можно проводить ультразвуковым методом в виде точечного или заклепочного соединения. Выбор способа зависит от формы и назначения детали.
Рекомендации:
1. ультразвуковая сварка -20кГц, амплитуда в дмапазоне 25-40мкм
2 .сварка с горячей накладкой - температуры 260-300°С.
Механическое крепление
При выборе этого способа крепления деталей из монолитного поликарбоната, необходимо учитывать следующие рекомендации:
- Монолитный поликарбонат, как и любой другой пластик, подвержен линейному тепловому расширению. Поэтому отверстия для крепежа должны быть немного больше диаметра болтов, чтобы позволятьлистьям свободно перемещаться пр расширеннии и сжатии;
- Расстояние до края листа должно быть в полтора раза больше диаметра отверстия;
- Следует использовать болты и шуруты, желательно - для пластиков. Применение заклепок приводит к образованию трещин;
- Нельзя затягивать болты и шурупы слишком сильно (с помощью электроинструмента). после затягивания ослабьте их на 0,5 оборота;
- Не рекомендуется использовать в качестве уплотнителя прокладки и шайбы из мягкого ПВХ;
- Точки креплений должны быть распределены равномерно по всему периметру листов.
Шлифование и полирование
Шлифование помогает устранить грубые дефекты кромок и поверхности листа: закругление и выравнивание углов и торцов заготовок, удаление царапин и сколов по площади листа.
Монолитный поликарбонат шлифуется влажным методом с охлажденной водой и кремниевой наждачно бумагой:
- грубая шлифока - зернистость 80
- тонкая - 280
- финишная - от 400 до 600
По окончании шлифования и удаления абразивов могут потребоваться дополнительные финишные лперации - полирование изделий.
Полирование деталей из монолитного поликарбоната производится6
- На тканевом круге, сукне или фетровой ленте с парафином/полированным воском. Поскольку это очень мягкие материалы, полируемые поверхности должны быть заранее отшлифованы. В противном случае после полировки поверхность хоть и станет блестящей, но царапины и внешние повреждения останутся. При использовании этого метода необходио строго следить, чтобы не было значительных повышений температуры обрабатываемой поверхности. Окружная скорость - 15-20м/с. Удельное давление на обрабатываемую поверхность - 0,2-0,1кГ/см².
- Пламенем. Используя этот метод финишной обработки, тщательно контролируйте во-первых - расстояние между источником пламени и деталью, во-вторых - время воздействия пламени на точку поверхности Не соблюдая эти условия, результат будет испорчен: белеет поверхность пластика либо возникает текучесть материала. Полирование пламенем позволяет удалять даже значительные царапины на поверхности (в этих зонах удлиняется воздействие пламенем), но его применение требует определенного опыта.
- Алмазным инструментом. В этом случае не требуется предварительная шлифовка, так как токарными инструментами с алмазным покрытием срезается тончайший верхний слой пластика. Оборудование должно работать без вибраций, чтобы исключить появления дефектов изделия.
- Сольвентом. Это химическое полирование, которое заключается в распылении на поверхности агрессивных растворителей, метиледихлорида. Химическое полирование придаст поверхности блеск, но не справится с груыми повреждениями поверхности, поэтому применяется после обязательного шлифования. Этот метод работ очень вреден для здоровья и сопровождается повышенной пожароопасностью.