Санкт-Петербург

Ключевые слова: вспенивание полимеров, полимерный пеноматериал, литье со вспениванием, 
поплавковые датчики уровня топлива. 
Объектом работы являлось изделие из пеноматериала «Поплавок», которое 
применяется в датчиках уровня жидкости в электрических авиационных бензиномерах. 
Целью работы стало исследование технологии получения изделий из полимерных 
пеноматериалов, определение проблемы научно-исследовательской работы. 
В настоящее время существуют следующие основные технологии получения 
вспененных 
изделий: 
прессовый 
(для 
линейных 
полимеров), 
беспрессовый 
(преимущественно для вспенивания термореактивных смол), экструзионный и литьевой 
методы. 
Источниками газа в расплаве полимера могут служить: 
‒ химические газообразователи (ХГО) – соединения, способные разлагаться при 
температуре переработки термопластов с выделением газообразных продуктов; 
‒ физические газообразователи (ФГО) – низкокипящие жидкости, выделение газа из 
которых происходит за счет испарения. 
По прессовому методу вначале производят смешение порошкообразной смеси 
полимера с газообразователем (ГО), причем ГО подбирают таким образом, чтобы его 
температура разложения была несколько выше температуры размягчения полимера. Далее 
композицию прессуют. При этом ГО разлагается, и газ равномерно распределяется по всей 
заготовке. 
При беспрессовом методе для вспенивания термореактивных полимеров ГО подбирают 
таким образом, чтобы скорость выделения газа и роста ячеек была согласована с процессом 
образования полимера. Быстрое разложение ГО в низковязком полимере приводит к 

---

Альманах научных работ молодых ученых 
XLVII научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1 
262 
разрушению ячеек и улетучиванию газа или к получению материала с крупноячеистой 
структурой. Наоборот, выделение газа после образования пространственной полимерной 
сетки уже не может привести к вспениванию, так как пространственный полимер не имеет 
текучести и не способен к высокоэластической деформации. 
При экструзионном методе ХГО в виде высокодисперсного порошка дозируют в 
бункер экструдера вместе с гранулами полимера, где он нагревается, диспергируется в 
расплаве полимера и частично разлагается. Под давлением, создаваемым экструдером, 
выделяющийся газ растворяется в полимере. При выходе из головки экструдера в атмосферу 
давление расплава резко снижается, из-за чего растворимость газа падает, и он вспенивает 
полимер. Поверхность расплава, соприкасающаяся с холодными стенками калибрующей 
головки, затвердевает, сохраняя тем самым форму профиля. 
Литье под низким давлением со вспениванием начинается с пластикации системы 
«термопласт – химический ГО» в материальном цилиндре машины. В специальных случаях 
вместо химических ГО используют физические ГО или сжатый газ. В ходе пластикации ХГО 
разлагается, выделяя газ, большая часть которого на этой стадии остается в растворенном 
состоянии под давлением. Затем осуществляется короткий впрыск в формующую полость, в 
результате которого образуется плотный поверхностный слой, поскольку пузырьки газа 
вблизи поверхности формы разрушаются под воздействием механических сил сжатия. Далее 
газы продолжают перемещаться, заставляя впрыснутую дозу расплава заполнять удаленные 
зоны полости и одновременно вспениваться, создавая пористую структуру. 
При инжекционно-газовом литье расплав полимера инжектируется в форму, заполняя 
ее на 70–95%. Затем в форму через ниппель или с помощью специального сопла подается 
под давлением газовая смесь (ФГО), которая раздувает расплав, увеличивая тем самым 
толщину слоя полимера, образовавшегося при его соприкосновении с холодной стенкой 
формы, и способствуя заполнению конструктивных углублений. Существенная трудность 
технологии инжекционно-газового литья – это усложнение конструкции сопла, повышаются 
требования к расчету и качеству изготовления литниковой системы и сопряжений литьевых 
форм [1–3]. 
В настоящее время систем, позволяющих моделировать процессы вспенивания 
материалов, очень мало. К ним относятся Moldex3D, ProCAST. Эти системы предназначены 
для литьевых методов вспенивания. Данные системы позволяют предсказывать образование 
пузырьков, рост пузырьков и распространение расплава в процессе микропористого литья с 
целью уменьшения коробления и веса изделия. Модули также позволяют отобразить 
радиусы пузырьков и распределение плотности количества пузырьков для улучшения 
качества поверхности [4, 5]. 
На сегодняшний день для изготовления изделия «Поплавок» применяется технология 
беспрессового вспенивания материала «Тилен» в форме с применением химического 
газообразователя. 
К изделию предъявляются следующие требования: 
1. размеры и масса поплавков должны соответствовать требованиям чертежа; 
2. поверхность изготовленных поплавков должна быть мелко-ячеистой, цвет – коричневый, 
от светлого до темных тонов; 
3. на поверхности поплавков допускаются: 
‒ поверхностные раковины с оформившейся глянцевой поверхностью, глубиной до 
1,5 мм и площадью до 0,5 см
2
, при этом их общая площадь не должна превышать 5% от 
поверхности соответствующей стороны или раковины, глубиной до 0,5 мм и площадью 
до 1,0 см
2
, при этом их общая площадь не должна превышать 15% от полной 
поверхности; 
‒ сколы в местах удаления выпоров глубиной до 1 мм; 
‒ незначительные дефекты (вспучивания, утяжины) в пределах эталона; 

---

Альманах научных работ молодых ученых 
XLVII научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1 
263 
‒ сколы в местах зачистки заусенцев, величина которых не должна превышать 20% 
толщины стенки; 
‒ сколы от мест разъема, отпечатки вкладышей, толкателей и других конструктивных 
элементов форм; 
4. недопустимы: недозаливка, местные вздутия, хрупкость и рыхлость пенопласта. 
По окончании операции отверждения изделий в форме проводят контроль качества. 
Контроль качества производится внешним осмотром и с использованием индикатора 
часового типа и отсчетного микроскопа МИР-2 на отсутствие недовспениваний, раковин, 
трещин, сколов, вмятин и др. дефектов или определение их допустимости в соответствии с 
требованиями к изготовленным поплавкам. 
Затем все поплавки проверяют на топливопоглощение – изменение массы изделия 
после выдержки в топливе не должно превышать установленного значения. Для этого 
поплавки помещают в автоклав с топливом ТС-1, производят четыре цикла подъема и 
снижения давления в автоклаве и затем измеряют массу поплавков. Годные изделия, после 
выполнения сборочной операции, проходят контроль ОТК, где поплавки проверяют по 
геометрическим размерам согласно чертежам. 
Данная технология сопряжена с возникновением брака. Основная проблема – 
несоответствие требованиям внешнего вида изделия: на поверхности образуются дефекты, 
недопустимые по техническим требованиям, что объясняется прилипанием изделия к форме. 
Количество отбраковываемых деталей из-за несоответствия их внешнего вида требованиям 
может достигать 50% на партию. 
Для решения существующей проблемы можно выделить два возможных направления 
исследований: 
1. внесение изменений в существующую технологию беспрессового вспенивания. Для этого 
необходимо провести исследования с целью выявления зависимости качества изделия от 
условий технологического процесса (материал форм, материал смазки и методики 
нанесения ее на формы, режимы отверждения, состав пеноматериала); 
2. использование технологии изготовления изделия литьем с вспениванием. В данном случае 
необходимо 
провести 
исследования 
по 
подбору 
полимерного 
материала, 
удовлетворяющего требованиям к изделию и обладающего литьевыми свойствами, и 
анализ возможности внедрения технологии литья этого материала в литьевую машину. 
В процессе подбора материала необходимо учитывать следующие физико-
механические характеристики, которыми должны обладать изделия: 
1. кажущаяся плотность: 170–220 кг/м
3
; 
2. топливопоглощение (после четырех циклов перепада давления): 0,0022 г/см
3
; 
3. интервал рабочих температур: от – 60 до +200°С. 
На основе этих данных были выбраны следующие материалы для проведения 
испытаний по определению возможности их применения для изготовления данного изделия: 
полиэтилен вспененный литьевой и сополимер этилена с пропиленом вспененный литьевой. 
Результаты испытаний приведены в таблице. 
Таблица. Результаты испытаний 
Обозначение 
образца 
Объем, 
см
3
Площадь 
поверхности, 
см
2
Масса до 
испытаний, г 
Масса после 
испытаний, г 
Кажущаяся 
плотность, 
г/см
3
Величина 
топливопоглощ
ения, г/см
2
Полиэтилен вспененный литьевой 
1 
17,23 
60,62 
10,76 
10,78 
0,624 
0,0003 
2 
17,18 
60,33 
10,77 
10,79 
0,626 
0,0003 
Сополимер этилена с пропиленом вспененный литьевой 
3 
17,14 
61,31 
10,27 
10,31 
0,598 
0,0006 
4 
18,73 
63,35 
10,37 
10,41 
0,553 
0,0006 

---

Альманах научных работ молодых ученых 
XLVII научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1 
264 
По результатам испытаний можно сделать вывод, что данные образцы не 
соответствуют по параметру кажущейся плотности. Таким образом, необходимо продолжить 
исследования по подбору подходящего материала, который можно будет использовать в 
качестве замены материалу «Тилен».