Ci sono centinaia di variabili da affrontare nello sviluppo di un processo di stampaggio a iniezione 24/7, e può essere difficile decidere su quali concentrarsi. Alcune sono più importanti di altre, ma non importa dove si classifica una data variabile, il fatto è che il processo non funzionerà a meno che ognuna sia controllata in base alle esigenze della resina e del pezzo. Per uniformità non intendo solo la temperatura di fusione, ma anche la consistenza della fusione, cioè niente vortici, striature o pellet parzialmente non fusi. Se volete dimensioni e prestazioni costanti 24 ore su 24, 7 giorni su 7, dovete avere l’uniformità della fusione.
Il nostro obiettivo qui è la difficoltà di ottenere l’uniformità della fusione tra resine amorfe e semicristalline. Queste resine fondono in modo diverso e un processore deve capire come fonde ciascuno di questi polimeri per ottenere l’uniformità della fusione.
Normalmente, le differenze riguardano la diversa disposizione delle catene polimeriche in un pezzo. Con i polimeri amorfi, le catene sono casuali, cioè non hanno un ordine o un allineamento specifico, come pezzi di corda aggrovigliati. I polimeri semicristallini hanno una struttura o un modello ordinato di allineamento delle catene.
Se si vogliono dimensioni coerenti e prestazioni 24/7, si deve avere uniformità di fusione.
Il prefisso “semi” è usato per notare che non tutte le catene di polimeri in una parte semicristallina sono cristallizzate. Ci sono aree di cristallinità e aree di orientamento casuale (amorfo) della catena all’interno di una data parte. I colori, gli additivi e la velocità di raffreddamento influenzano il grado di cristallinità, che cambia le dimensioni e le proprietà del pezzo.
A prescindere dal fatto che il polimero che si sta lavorando sia semicristallino o amorfo, l’uniformità della fusione è necessaria per ottenere dimensioni e prestazioni coerenti del pezzo. La comprensione del modo in cui ciascuna di esse fonde permette al processore un migliore controllo nella lavorazione.
Sia che siano semicristalline o amorfe, ciascuna si basa sulle stesse fonti di energia per la fusione: il cilindro, la vite e le bande del riscaldatore. La maggior parte dell’energia, circa l’80%, proviene dall’attrito dei pellet contro la parete del barile e dalla compressione nella zona di transizione della vite. Il resto proviene dalle bande di riscaldamento intorno al barile. Il meccanismo di trasferimento dell’energia è lo stesso sia per le resine amorfe che per quelle semicristalline. Tuttavia, è qui che finisce la somiglianza nella fusione di queste plastiche.
Come il ghiaccio, le resine semicristalline non si ammorbidiscono finché non raggiungono la loro temperatura di fusione.
Un fattore importante che le differenzia è la quantità di energia richiesta per fonderle. Un chilogrammo di una resina semicristallina, come il nylon 6, richiede molta più energia di 1 kg di una resina amorfa come l’ABS. Infatti, il nylon richiede circa il doppio dell’energia per fondere un ABS (circa 716 BTU/kg contro 342), eppure le loro temperature di lavorazione sono simili. Il doppio dell’energia richiesta per il nylon significa che è meglio che le vostre anatre di lavorazione siano in fila.
Quindi ora sappiamo cosa dobbiamo fare per fondere il nylon rispetto all’ABS da un punto di vista energetico. Ma c’è un altro problema che rende più difficile la lavorazione. Le resine semicristalline rimangono dure finché non raggiungono la loro temperatura di fusione. È come sciogliere il ghiaccio. Il ghiaccio non cambia significativamente in durezza quando si riscalda da -10 C (14 F) a -0,5 C (31 F). Cadete sul ghiaccio ad entrambe le temperature e dubito che sentirete alcuna differenza di durezza. Come il ghiaccio, le resine semicristalline non si ammorbidiscono fino a raggiungere la loro temperatura di fusione. Rimangono dure finché non soddisfano due criteri:
In primo luogo, si mette abbastanza energia per portarle al loro punto di fusione; e in secondo luogo, si deve mettere un’altra dose di energia per superare il calore di fusione (scioglimento) – cioè, rompere il loro schema a catena ordinato. È come una barriera energetica alla fusione. Come fa la vite e il barile a gestire questa difficile situazione? I pellet semicristallini fluiscono dal serbatoio nella gola di alimentazione e cadono tra le rampe profonde della sezione di alimentazione della vite. La sezione di alimentazione fa avanzare i pellet e li compatta, forzando l’aria e alcuni volatili fuori dal serbatoio (è uno sfiato). La sezione di alimentazione può riscaldare i pellet, ma non fa e non dovrebbe fare alcuna fusione.
Il materiale raggiunge quindi la zona di transizione o di fusione, dove il diametro della vite si assottiglia più spesso per fornire la compressione dei pellet contro la parete del barile. Questa compressione, insieme all’attrito del pellet contro la parete del barile, spinge l’energia nei pellet per aumentare la loro temperatura. Il problema è che non tutti i granuli raggiungono l’interfaccia barile/pellicola: alcuni ricevono l’energia necessaria per fondersi e altri no. Si verifica la rottura del letto solido, che porta ad alcuni pellet parzialmente non fusi ad attraversare le zone di transizione e di dosaggio. Questi pellet parzialmente non fusi possono finire nel pezzo e usurare la vite.
Le resine amorfe si sciolgono come burro congelato.
Per amor di discussione, diciamo che si sta usando anche il colore liquido e una vite di tipo generico. Il colore liquido spesso usa un vettore di olio, che abbassa l’attrito del pellet contro la canna, che a sua volta riduce il trasferimento di energia per la fusione. È davvero qualcosa che vuoi che accada? Spegni il colore liquido; il tempo di rotazione della vite diminuisce? Una vite per uso generale con un rapporto L/D di 20:1 ha solo cinque voli nella zona di transizione. Questo è un problema significativo con pallini più grandi di circa il 40% della capacità del pallino. Si raccomanda spesso di usare invece delle viti a barriera, ma spesso causano degrado, producendo macchie nere eccessive. Si sta meglio con una vite progettata per fornire uniformità di fusione.
Le resine amorfe fondono diversamente. Richiedono sostanzialmente meno energia e sono più facili da sciogliere. Si sciolgono come burro congelato. Un pellet amorfo a temperatura ambiente è duro, ma quando si scalda comincia ad ammorbidirsi. Con più energia, i materiali amorfi continuano ad ammorbidirsi finché non sono adatti allo stampaggio. Non rimangono duri finché non raggiungono il punto di fusione, e non devono superare il calore di fusione. Una pallina parzialmente non fusa può essere come un taffy o un marshmallow. Se si incastra tra una vite e la parete del barile, si schiaccerà senza gravi danni o usura della vite o del barile. Le resine amorfe sono quindi più indulgenti durante il processo di fusione. Una vite generica può fornire un’elaborazione accettabile, ma di nuovo, non è la mia raccomandazione.
In poche parole, i pellet semicristallini sono più difficili da fondere uniformemente dei pellet amorfi. Una vite per uso generale potrebbe processare pellet amorfi, ma con pallini di piccole dimensioni (sotto il 20% della capacità del barile) e di alte dimensioni (sopra il 40%), la maggior parte degli stampatori avrà problemi con pellet semicristallini. Non raccomando design a barriera. Invece, specificare un design della vite che fornisce uniformità di fusione con un rapporto L/D minimo di 20:1, anche se 24:1 è preferito.
SULL’AUTORE: John Bozzelli è il fondatore di Injection Molding Solutions (Scientific Molding) a Midland, Mich., un fornitore di servizi di formazione e consulenza per gli stampatori a iniezione, tra cui LIMS, e altre specialità. Contatta [email protected]; scientificmolding.com.
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