PTS- wykład 2 i 3 PDF

Preview

Summary

Download PTS- wykład 2 i 3 PDF

Description

TECHNOLOGIA WTRYSKIWANIA

Stany fizyczne polimerow i charakterystyczne temperatury przemian Tz- temperatura zeszklenia, Tm- temperatura mięknienia, Tp- temperatura płynięcia Tr- temperatura rozkładu Technologią wtryskiwania przetwarzamy tylko tworzywa termoplastyczne. Wyjątek: żywice fenolowe i guma ( materiały termoutwardzalne). Zadaniem wtryskarki jest uplastycznienie tworzywa oraz wtryśnięcie go pod odpowiednim ciśnieniem do formy, a także jej zamykanie i otwieranie oraz wyrzucanie gotowych wyprasek. W typowej wtryskarce można wyodrębnić zespoły: - uplastycznienia i wtrysku, - zamykania formy, - napędu, - sterowania Cykl procesu wtryskiwania: 1). Forma otwarta ślimak wycofany - otwarcie formy, - wyrzut wypraski

2). Napełnienie formy - zamknięcie formy, -wtryśnięcie tworzywa, - docisk

3). Docisk - chłodzenie, -uplastycznianie

Cykl procesu wtryskiwania: - zamknięcie formy, - wtrysk ( prędkości 20-300mm/s), - docisk- powolne przesuwanie ślimaka do przodu w celu „dolania materiału’’, tylko jeśli środek układu wlewowego, przewężki oraz wypraski są w stanie plastycznym. - skok ślimaka : 2-10mm, 2-40s - uplastycznienie: obrót ślimaka o gromadzenie tworzywa na jego czole, ciśnienie spiętrzanego tworzywa przesuwa ślimak do tyłu, - chłodzenie, - otwarcie formy, - usunięcie wypraski wtryskowej

Poglądowe zestawienie cyklu procesu wtryskiwania: oznaczenia Ta do Tf- czasy poszczególnych faz cyklu; a- zamykanie formy; b- dosuwanie układu uplastyczniającego; c- wtrysk tworzywa w gniazdo; d- ruch wsteczny oraz obrotowy ślimaka(dozowanie); e- otwieranie formy (usunięcie wyprasek); f- czynności dodatkowe

Do podstawowych parametrów procesu wtrysku należą: Temperatura wtrysku : jest to najwyższa temperatura nagrzania tworzywa podczas cyklu wtryskiwania. Dla poszczególnych rodzajów tworzyw podaje się pewien zakres temperatur wtryski, ograniczony od dołu temperaturą płynięcia, a od góry temperaturą rozkładu tworzywa. Im zakres ten jest węższy tym trudniej tworzywa wtryskiwać. Temperatura formy : to temperatura panująca w formie w chwili wtryskiwania towrzywa, wpływa na jakość powierzchni, wielkość naprężeń własnych, skurcz tworzywa i zawartość fazy krystalicznej.

Ciśnienie zewnętrzne: to ciśnienie, jakie panuje na czole ślimaka w trakcie wtryskiwania. Dolna granica stosowanych ciśnień określa możliwość całkowitego wypełnienia formy, a górna przywierania wypraski do formy. Ciśnienie wewnętrzne: panuje w gnieździe formy w czasie wtrysku ( stanowi 25 do 75% ciśnienia zewnętrznego).

Czas cyklu: jest sumą czasów trwania poszczególnych faz procesu wtryskiwania. Decyduje o wydajności procesu, dlatego dąży się do skrócenia czasów chłodzenia i uplastyczniania. Schemat wtryskarki ślimakowej:

1- cylinder hydrauliczny napędu stołu, 2- kolumny prowadzące, 3- nakrętki regulacji wysokości formu, 4- stół tylny, 5- zespół zamykania i otwieranie formy, 6- stół ruchomy, 7- zderzak wtryskarki, 8- stół nieruchomy, 9- cylinder 10- dysza wtryskarki, 11- ślimak, 12- grzejniki, 13- chłodzenie strefy zasypowej cylindra, 14- lej zasypowy, 15- napęd ruchu obrotowego ślimaka, 16- cylinder hydrauliczny napędu ślimaka, 17- prowadzenie zespołu cylinder- ślimak, 18- zbiornik oleju, 19- cylinder hydrauliczny zespołu cylinder- ślimak, 20- regulator wydatku oleju, 21- regulator ciśnienia oleju Zadaniem zespołu uplastyczniania jest: doprowadzenie tworzywa do postaci plastyczno-płynnego i wytworzenie ciśnienia koniecznego do całkowitego wypełnienia gniazda formy. Zespół ten charakteryzują parametry (wielkości znamionowe wtryskarki- układ narzędziowy): - objętość wtrysku – objętość tworzywa, które przy całkowitym skoku ślimaka wprowadzane jest w gniazdo formy (cm3)

- wydajność uplastyczniania - jest to maksymalna masa tworzywa jaką wtryskarka może uplastycznić w jednostce czasu przy maksymalnej wielkości wtrysku , czyli zdolność uplastyczniania tworzywa, która zależy od: długości cylindra, mocy grzałek, budowy ślimaka Jednostka wtryskowa ( systemu plastyfikacji): - ogrzewanie, - ślimak, - cylinder, - blokada przepływu wstecznego, - głowica cylindrowa, -dysza. Budowa ,,klasycznego” ślimaka dla przetwórstwa termoplastów: Ślimak trójstrefowy: - strefa wciągania, - strefa sprężania, - strefa dozowania. + czynna długość ślimaka pomiędzy 18D i 23D, + podział na strefy ( długa strefa wciągania), + wzrost skoku linii śrubowej pomiędzy 0,8D i 1,0D, + stosunek sprężenia pomiędzy 2:1 i 3:1

Zawór zwrotny do wtrysku tworzyw termoplastycznych zapobiega cofaniu się tworzyw w fazie wtrysku i docisku. Układ narzędziowy ( stoły wtryskarki, forma) -jednostka uplastyczniająca i jednostka wtrysku. Układ narzędziowy zamykania formy: parametry: - skok stołu wtryskarki [mm] , wysokość formy + przestrzeń na odformowanie - siła zamykania formy , im większy wyrób i im większe ciśnienie wtrysku , tym większa siła - przestrzeń między kolumnami [mm x mm] (długość i szerokość formy) - rozstaw otworów do mocowania formy - skok wyrzutnika [mm] , trzpień wyrzutnika porusza płytę oporową , która posuwa wypychacze - pochodzenie siły zamykania: a) siła zewnętrzna- pochodząca od ciśnienia czynnika roboczego b) siła wewnętrzna- pochodząca od naprężeń sprężystych kolumn mechanizmu dźwigniowego Układy napędowe stołów wtryskarki: - napęd hydrauliczno- mechaniczny – mechanizm kolanowy - napęd hydrauliczny- najczęściej - napęd elektryczny Charakterystyka techniczna wtryskarki składa się z danych liczbowych określających wielkości charakterystyczne zespołu wtryskowego i zamykającego, danych ogólnych oraz rysunków stołów wtryskarki -objętość wtrysku (cm3) – największa objętość tworzywa , przy całkowitym skoku ślimaka wtryśnięta do formy - masa wtrysku (g) – największa masa tworzywa, którą można wtrysnąć do formy -wydajność uplastyczniania (kg/h) – jest to największa ilość tworzywa[kg] jaką wtryskarka jest zdolna uplastycznić w ciągu 1 godziny przy maksymalnej wielkości wtrysku.

- ciśnienie wtrysku (kg/cm3)- jest to największe ciśnienie tworzywa panującego w cylindrze wtryskowym na czole ślimaka lub tłoka wtryskowego - siła zamykająca wtryskarki (kG)- jest to największa siła z jaką mechanizm zamykania zwiera połówki formy, -dopuszczalna powierzchnia wtrysku (cm2)- jest to największa powierzchnia rzutu wypraski - powierzchnia stołu [ mm x mm] , długość i szerokość stołu, ogranicza wielkość formy - skok stołu wtryskarki[ mm ] - największa wysokość wypraski możliwa do uzyskania w danej wtryskarce Pakietowa budowa formy wtryskowej: Forma wtryskowa: a). część nieruchoma, b). część matrycowa

Odmiany technologii wtryskiwania: - wtryskiwanie wyrobów spienionych ( porowatych), - wtrysk z gazem, - wtrysk wielokompomentowy, - wtryskiwanie z etykietowaniem, - wtryskiwanie z rozdmuchem Spienianie tworzyw sztucznych przy formowaniu wtryskowym: a). chemiczne - pośrednie wprowadzenie gazu poprzez chemiczną reakcję rozkładu, - metoda TSG, b). fizyczne - bezpośrednie wprowadzenie gazu do roztopionego tworzywa - metoda MuCell W celu otrzymania wypraski wtryskowej porowatej, do granulatu wprowadza się koncentrat zawierający porofor chemiczny. Do chemicznych środków spieniających zalicza się m.in.: azotyn amonu, związki azowe (np. fenylohydrazyna), węglan sodu, węglan amonu, które w temperaturze pokojowej i w środowisku obojętnym są trwałe, natomiast w temperaturze podwyższonej lub w wyniku działania odpowiednich chemikaliów np. wody, rozkładają się z wydzieleniem dużych ilości produktów gazowych( najczęściej azotu, dwutlenku węgla oraz pary wodnej).

Środek spieniający jest mieszany z granulatem tworzywa. Ilość wydzielającego się gazu determinuje stopień spieniania tworzywa i strukturę powstającej pianki.

Zalety mikroporowania chemicznego: - ograniczenie ilości zużywanego materiału, - wypraski sztywniejsze od wykonanych z jednolitego materiału przy zachowaniu tej samej masy, - nie zorientowana struktura- brak naprężeń własnych, - brak zapadnięć na powierzchni detalu, - spienione elastomery- efekt miękkiego dotyku - zmniejszenie lepkości wtryskiwanego materiału- ograniczenie ciśnienia wtryskiwania, - redukcja lub wyeliminowanie fazy docisku, - mniejsze siły zwarcia wtryskarki, - mniejsza średnica kanałów wlewowych Ograniczenia mikroporowania chemicznego: - limit grubości ścianki (od 0,8mm), - gradient mikrostruktury, - wymóg ścisłego przestrzegania reżimu temperatury uplastyczniania, - wymóg stosowania wysokiej wartości przeciwciśnienia, - stosowanie dozowników w procesie wtryskiwania ( wymagana powtarzalność dozy), - powierzchnia wypraski o większej chropowatości Porowanie fizyczne: -N2 czy CO2 wprowadzane pod ciśnieniem. Gaz zostaje rozproszony w polimerze i rozszerza się osiągając ciśnienie atmosferyczne, - lotne ciecze, takie jak pentan czy woda, podczas podgrzewania odparowują i powodują spienienie, - gazy (np. powietrze lub azot), które miesza się w specjalnym mikserze z ciekłym polimerem np. lateksem, plastizolem, czy prepoli-merowym roztworem, aby uzyskać emulsję. Wspólnym problemem, związanym z tym typem środków spieniających, jest kontrola ciśnienia i/lub temperatury, lepkości i wytrzymałości polimerowego szkieletu. Zbyt duża lepkość polimeru uniemożliwia wzrost pęcherzykom gazu, zbyt mała, powoduje natomiast pękanie komórek. Za wysoka wytrzymałość czy lepkość zapobiega wzrostowi bąbelek gazu. Technologia Mu-Cell MuCell- spienianie fizyczne, wprowadzenie gazu w stanie nadkrytycznym do strefy cylindra z uplastycznionym tworzywem. WTRYSKIWANIE MIKROPORUJĄCE (MuCell) Wtryskiwanie mikroporujące (MuCell) polega na wprowadzeniu gazu w stanie nadkrytycznym do tworzywa ciekłego w układzie uplastyczniającym wtryskarki i wytworzeniu jednofazowego roztworu wtryskiwanego następnie do formy. W wyniku gwałtownego i znacznego zmniejszenia ciśnienia w formie zachodzi proces nukleacji dużej liczby zarodków przyczyniających się do powstawania mikroporów. W procesie wtryskiwania mikroporującego wytwarza się wypraski o jednorodnej strukturze porowatej, przy czym

rozmiary porów są bardzo małe i wynoszą od 0,1 μm do 10 μm, a ich ilość w wyprasce zmienia się w zakresie od 10 9 do 1015 porów w 1 cm3 tworzywa. Struktura ta w przekroju wypraski jest niewidoczna gołym okiem. Odmiany technologii wtryskiwania: - wtryskiwanie wyrobów spienionych, - wtrysk z gazem, - wtrysk wielokomponentowy, - technologia IML- dekorowanie w formie wtryskowej, - wtryskiwanie z rozdmuchem Technologia wtryskiwania z gazem: 1. Doprowadzenie gazu przez dyszę wtryskową, metodą z wlewem bezpośrednim, - po wprowadzeniu gazu przez otwarty zawór iglicowy, - do gniazda ponownie wtryskiwany jest polimer. 2. Doprowadzenie gazu przez układ wlewowy ( bezpośrednio do kanałów doprowadzających) Dzięki zastosowaniu techniki wtrysku z gazem zamiast detali o pełnym przekroju uzyskuje się wypraski o przekroju ‘’rury”. Dla tej kategorii wyprasek technika wtrysku z gazem niesie też inne zalety: - możliwość zredukowania ciężaru wypraski nawet o 50%, - znaczne skrócenie czasu chłodzenia, - brak zapadnięć na powierzchni wyprasek, - możliwość uzyskania detali o ergonomicznej konstrukcji.

Technologia wtryskiwania wtrysku dwukomponentowego - dla techniki wtrysku dwukomponentowego stosuje się dyszę dwukanałową, którą mocuje się pomiędzy jednostkami wtryskowymi maszyny, a formą wtryskową. Technika ta umożliwia realizację gazy jednoczesnego wtrysku warstwy rdzeniowej i wierzchniej wypraski. Dzięki temu uzyskuje się równomierne płynięcie obu tworzyw oraz zapobiega się powstawaniu śladów powstałych w chwili przełączenia z fazy wtrysku tworzywa A na tworzywo B. W dyszy dwukomponentowej zastosowano dwie iglice zamykające kanały przepływu tworzyw. Obie iglice zamykające działają niezależnie przez co można dowolnie dokładnie regulować proces wtrysku. Wtrysk wielokomponentowy: Proces jednoczesnego wtrysku tworzyw o różnych własnościach znany jest od ok. 30 lat. Początkowo pojawił się wtrysk tworzyw o różnych kolorach. Technika wtryski była stopniowo udoskonalana i obecnie stosowany jest wtrysk wielokomponentowy, którego głównymi przykładami jest produkcja wyprasek o konstrukcji: - warstwa wierzchnia wykonana z tworzywa wzmocnionego, rdzeń z tworzywa nie wzmocnionego - warstwa wierzchnia twarda, rdzeń miękki, lub odwrotnie rdzeń twardy warstwa wierzchnia miękka - warstwa zewnętrzna wykonana z pełnowartościowego tworzywa, rdzeń z recyklatu lub tworzywa o gorszych własnościach, - warstwa zewnętrzna nie przewodząca ładunków elektrycznych, rdzeń przewodzący. Technologia IML- dekorowanie w formie wtryskowej IML (In Mold Labeling) i IMD ( In Mold Decorating)- nowoczesne techniki dekorowania wyrobów

IMD Folia z poliwęglanu ( stosuje się również ABS i poliester) jest drukowana najczęściej sitodrukiem. Folia jest formowana termicznie do kształtu odpowiadającego wnętrzu formy wtryskowej. Precyzyjnie wycięta wkładka jest umieszczana w formie wtryskowej, po zamknięciu formy następuje wtrysk tworzywa zapewniającego sztywność i funkcjonalność wyrobu. Jeżeli folia była drukowana po stronie zewnętrznej, podczas druku stosuje się dodatkową warstwę lakieru ochronnego, lecz cały proces jest łatwiejszy do przeprowadzenia. Jeżeli nadruk wykonany jest po wewnętrznej stronie folii, folia stanowi wyjątkowo odporne zabezpieczenie nadruku, lecz podnosi to wymagania dotyczące stosowanej farby i techniki druku, wynikające z temperatury wtryskiwanego tworzywa. Jeżeli tworzywo wtryskiwane jest tego samego typu, co stosowany nośnik, uzyskuje się jednorodną strukturę wyrobu. Stosuje się aktywowane termicznie warstwy klejowe (naniesione podczas druku na folii), poprawiające przyczepność wkładki do tworzywa wtryskiwanego. Zalety: wysoka i stała jakość druku i powierzchni wyroby, nadruk odporny na uszkodzenia, druk 3-D, znaczna wydajność. Wady: koszt wkładek, wymagania stawiane przed formą wtryskową i parametrami procesu wtrysku. Zastosowania: elementy wyposażenia samochodów, obudowy i klawiatury telefonów komórkowych, sprzęt komputerowy, medyczny, artykuły gospodarstwa domowego. IML- etykietowanych w formie wtryskowej Wielokolorowy nadruk jest wykonany na nośniku i umieszczany jest wewnątrz formy w fazie jej otwarcia. Nośnikiem może być taśma, wtedy niezbędny jest specjalny aplikator przesuwający taśmę po każdym cyklu pracy urządzenia. Odmianą tej techniki jest zastosowanie nadruków w postaci oddzielnych etykiet. W tej wersji aplikatorem jest robot pozycjonujący etykietę w formie do wtrysku, rozdmuchu, spieniania czy termoformowania. Etykieta jest utrzymywana w zadanym położeniu za pomocą podciśnienia wymagającego stosowania dodatkowych kanałów w formie lub jest uprzednio ładowana elektrycznie i utrzymuje się pod wpływem sił elektrostatycznych. Zalety technologii IML: - nakładane etykiety już w trakcie wtrysku tworzywa eliminuje konieczność robienia tego w dalszej części cyklu wytwarzania, - uzyskany rezultat jest trwały. Sprawia to, że taki sposób etykietowania jest atrakcyjny z punktu widzenia wiarygodności produktu, trwałości informacji zawartych na opakowaniu, czyli : kodów kreskowych czy też instrukcji obsługi, ostrzeżeń i uwag, widoczności logo oraz innych, graficznych elementów dekoracyjnych. - technologia IML pozwala na zachowanie higieny i sterylności przy wytwarzaniu ( mniej etapów dalszego przetwarzania opakowania). - nie wymaga stosowania klejów, etykiety są wykonane z tego samego materiału co opakowania, co sprawia, że jest bardzo ułatwiony recykling. - jednakże najważniejsze jest to, by etykietę bardzo dokładnie i precyzyjnie umieścić we wskazanym miejscu formy. - fotograficznej jakości grafika, możliwe do zastosowania nawet małe czcionki jak 6pt. - możliwość pokrycia całej powierzchni bocznej pojemnika, - odporność grafiki na zarysowania, otarcia, odklejanie i starzenie się, - brak konieczności naklejania etykiet w kolejnym etapie procesu- skrócenie cyklu wytwarzania, - opakowania znakowane w ten sposób są w 100% możliwe do recyklingu.

Potencjalne wady wyrobów wtryskiwanych

- niedolewy ( niskie ciśnienie wtrysku, mała średnica układu wlewowego, niska temperatura formy), - zapadnięcia ( niskie ciśnienie docisku, wysoka temperatura formy), - wypływka(za duże ciśnienie wtrysku, zbyt wysoka temperatura uplastycznienia, zdegradowane tworzywo o obniżonej lepkości, uszkodzenie lub zużycie formy wtryskowej), - przypalenia ( brak odpowietrzenia, zbyt wysokie ciśnienie wtrysku), - „jetting” ( wadliwa konstrukcja lub umiejscowienie przewężki), - „obtryśnięty wlewek” (stosowanie otwartych dysz i zbyt wysokiej temperatury wtryskiwani...