Vstřikování:

Při vývoji nepřetržitého vstřikovacího procesu je třeba se vypořádat se stovkami proměnných a může být obtížné rozhodnout, na které se zaměřit. Některé jsou důležitější než jiné, ale bez ohledu na to, kam danou proměnnou zařadíte, faktem je, že proces neproběhne, pokud nebude každá z nich řízena podle toho, co pryskyřice a díl potřebují.

Můj výběr pro tento měsíc je rovnoměrnost taveniny a měla by být ve vašem seznamu 10 nejlepších proměnných. Rovnoměrností nemyslím jen teplotu taveniny, ale i konzistenci taveniny, což znamená žádné víry, šmouhy nebo částečně neroztavené pelety. Pokud chcete mít konzistentní rozměry a výkon 24 hodin denně, 7 dní v týdnu, musíte mít rovnoměrnost taveniny.

Naší pozornost je zde zaměřena na obtížnost dosažení rovnoměrnosti taveniny mezi amorfními a semikrystalickými pryskyřicemi. Tyto pryskyřice se taví odlišně a zpracovatel musí pochopit, jak se každý z těchto polymerů taví, aby dosáhl rovnoměrnosti taveniny.

Obvykle se rozdíly týkají odlišného uspořádání polymerních řetězců v dílu. U amorfních polymerů jsou řetězce náhodné – to znamená, že nemají žádný specifický řád nebo uspořádání, něco jako zamotané kousky provázku. Polokrystalické polymery mají strukturu nebo uspořádaný vzorec uspořádání řetězců.

Pokud chcete mít stálé rozměry a výkon 24/7, musíte mít rovnoměrnost taveniny.

Předpona „semi“ se používá k upozornění, že ne všechny polymerní řetězce v polokrystalickém dílu jsou krystalizované. V daném dílu existují oblasti krystalinity a oblasti náhodné (amorfní) orientace řetězců. Barvy, přísady a rychlost chlazení ovlivňují stupeň krystalinity, což mění rozměry a vlastnosti dílu.

Bez ohledu na to, zda je polymer, který zpracováváte, polokrystalický nebo amorfní, je pro dosažení stejných rozměrů a vlastností dílu nutná rovnoměrnost taveniny. Pochopení způsobu tavení každého z nich umožňuje zpracovateli lepší kontrolu při zpracování.

Ať už se jedná o semikrystalický nebo amorfní polymer, každý z nich spoléhá při tavení na stejné zdroje energie: válec, šnek a pásy ohřívače. Většina energie, přibližně 80 %, pochází z tření pelet o stěnu hlavně a stlačování v přechodové zóně šneku. Zbytek energie pochází z topných pásů kolem hlavně. Mechanismus přenosu energie je stejný pro amorfní i semikrystalické pryskyřice. Zde však podobnost při tavení těchto plastů končí.

Stejně jako led, semikrystalické pryskyřice nezměknou, dokud nedosáhnou teploty tání.

Důležitým faktorem, který je odlišuje, je množství energie potřebné k roztavení každé z nich. Kilogram semikrystalické pryskyřice, jako je nylon 6, vyžaduje podstatně více energie než 1 kg amorfní pryskyřice, jako je ABS. Ve skutečnosti je k roztavení nylonu zapotřebí přibližně dvakrát více energie než k roztavení ABS (přibližně 716 BTU/kg oproti 342), přesto jsou jejich teploty zpracování podobné. Dvojnásobná potřeba energie pro nylon znamená, že vaše kachny na zpracování by měly být v pořádku.

Takže nyní víme, co musíme udělat pro roztavení nylonu oproti ABS z energetického hlediska. Je tu však ještě jeden problém, který vám ztíží život při zpracování. Polokrystalické pryskyřice zůstávají tvrdé, dokud nedosáhnou teploty tání. Je to jako při tání ledu. Tvrdost ledu se při zahřátí z -10 C (14 F) na -0,5 C (31 F) výrazně nemění. Spadněte na led při obou teplotách a pochybuji, že pocítíte nějaký rozdíl v tvrdosti. Stejně jako led, ani polokrystalické pryskyřice nezměknou, dokud nedosáhnou teploty tání. Zůstávají tvrdé, dokud nesplní dvě kritéria:

První je, že do nich vložíte dostatek energie, aby se dostaly na teplotu tání; a za druhé, že musíte vložit další dávku energie, abyste překonali teplo tání (tavení) – tedy rozbili jejich uspořádaný řetězec. Je to jako energetická bariéra tání. Jak se s touto obtížnou situací vypořádá šroub a hlaveň? Polokrystalické pelety proudí z násypky do podávacího hrdla a propadávají se mezi hlubokými lety podávací části šneku. Podávací sekce šnekem posouvá pelety vpřed a zhutňuje je, přičemž vytlačuje vzduch a některé těkavé látky ven z násypky (jedná se o odvzdušňovací otvor). Podávací sekce může pelety zahřívat, ale neprovádí a neměla by provádět žádné tavení.

Materiál se pak dostane do přechodové nebo tavicí zóny, kde se průměr kořene šneku silněji zužuje, aby zajistil stlačení pelet proti stěně válce. Toto stlačení spolu s třením pelet o stěnu hlavně pohání energii do pelet a zvyšuje jejich teplotu. Problémem je, že ne všechny granule se dostanou na rozhraní stěny hlavně a letu – některé získají energii potřebnou k roztavení a některé ne. Dochází k rozpadu pevného lože, což vede k tomu, že se některé částečně neroztavené pelety dostanou přes přechodovou a dávkovací zónu. Tyto částečně neroztavené pelety mohou skončit v dílu a opotřebovat šnek.

Amorfní pryskyřice tají jako zmrzlé máslo.

Pro účely diskuse řekněme, že používáte také tekutou barvu a používáte konstrukci šneku pro všeobecné použití. Tekutá barva často používá olejový nosič, který snižuje tření pelet o hlaveň, což zase snižuje přenos energie pro tavení. Je to opravdu něco, co chcete, aby se stalo? Vypněte kapalné barvivo; zkrátí se doba otáčení šneku? Šnek pro všeobecné použití s poměrem L/D 20 : 1 má v přechodové zóně pouze pět letů. To je významný problém u výstřiků větších než přibližně 40 % objemu výstřiků. Často se doporučuje používat místo nich bariérové šrouby, které však často způsobují degradaci a vytvářejí nadměrné množství černých skvrn. Lepší je použít šroub určený k zajištění rovnoměrnosti tání.

Amorfní pryskyřice se taví různě. Vyžadují podstatně méně energie a snadněji se taví. Tají jako zmrzlé máslo. Amorfní peleta při pokojové teplotě je tvrdá, ale jak se zahřívá, začíná měknout. S větším množstvím energie amorfní materiály dále měknou, dokud nejsou vhodné pro lisování. Nezůstávají tvrdé, dokud nedosáhnou bodu tání, a nemusí překonávat teplo tání. Částečně neroztavená peleta může připomínat taffy nebo marshmallow. Pokud se zaklíní mezi let šneku a stěnu sudu, rozmačká se, aniž by došlo k vážnému poškození nebo opotřebení šneku nebo sudu. Amorfní pryskyřice jsou tedy k procesu tavení shovívavější. Šnek pro všeobecné použití může zajistit přijatelné zpracování, ale opět to není mé doporučení.

Zjednodušeně řečeno, polokrystalické pelety se obtížněji rovnoměrně taví než amorfní pelety. Šnek pro všeobecné použití by mohl zpracovávat amorfní pelety, ale při velikosti výstřiků na malém konci (pod 20 % objemu hlavně) a na velkém konci (nad 40 %) bude mít většina lisoven problémy se semikrystalickými peletami. Bariérové konstrukce nedoporučuji. Místo toho určete konstrukci šneku, která zajišťuje rovnoměrnost taveniny s minimálním poměrem L/D 20:1, i když se upřednostňuje poměr 24:1.

O AUTOROVI: John Bozzelli je zakladatelem společnosti Injection Molding Solutions (Scientific Molding) v Midlandu v Michiganu, která poskytuje školení a poradenské služby vstřikovacím lisům, včetně LIMS, a dalším specializacím. Kontakt: [email protected]; scientificmolding.com.

.