Wtryskiwanie to proces cykliczny, w którym materiał wyjściowy w postaci granulek lub krajanki, podany z pojemnika do ogrzewanego cylindra, uplastycznia się i następnie jest wtryskiwany przez dyszę i tuleję wtryskową do gniazd formujących. Tworzywo zestala się w nich, a następnie jest usuwane z formy w postaci gotowej wypraski, po czym cykl procesu rozpoczyna się od nowa. Proces ten przeznaczony jest głównie do przetwórstwa tworzyw termoplastycznych, lecz stosowany również do przetwórstwa tworzyw termo - i chemo - utwardzalnych. Wtryskiwanie jest podstawowym procesem wytwarzania z tworzyw sztucznych gotowych wyrobów o masie od 0,01g do 70 kg . Został on wprowadzony po raz pierwszy na początku XX wieku, do przetwórstwa pierwszych termoplastycznych tworzyw sztucznych.

Zalety procesu wtryskiwania
- wytwarzanie nawet najbardziej skomplikowanych wyrobów w jednym procesie technologicznym;
- mały bądź żaden udział obróbek wykańczających;
- wysoka jakość i powtarzalność własności i wymiarów;
- możliwość pełnego zautomatyzowania, komputerowego sterowania i kontroli procesu;
- w porównaniu z obróbką metali, znaczne zmniejszenie liczby operacji technologicznych, mniejsze zużycie energii bezpośredniej i wody, niewielka pracochłonność, niska emisja związków szkodliwych dla otoczenia.

Wady procesu wtryskiwania
- wysoki koszt maszyn (wtryskarek) i niejednokrotnie dorównujący mu koszt oprzyrządowania (form), powodujący wydłużenia czasu amortyzacji i wysokie koszty uruchamiania produkcji;
- ze względu na powyższe, technologia wtrysku opłacalna tylko przy produkcji wielkoseryjnej i masowej;
- konieczność wysokich kwalifikacji pracowników nadzoru technicznego, którzy muszą znać specyfikę przetwórstwa tworzyw sztucznych;
- konieczność zachowania wąskich tolerancji parametrów przetwórstwa;
- długi czas przygotowania produkcji ze względu na pracochłonność wykonawstwa form wtryskowych.

Ze względu na specyficzne własności tworzyw sztucznych, wtryskiwanie jest bardzo złożonym procesem technologicznym; w odróżnieniu od pozornie pokrewnego procesu odlewania ciśnieniowego metali nie jest procesem mechanicznym, lecz mechaniczno- fizycznym. W procesie wtryskiwania uzyskuje się wypraskę charakteryzującą się nie tylko określonym kształtem, lecz także specyficzną strukturą, wynikającą ze sposobu płynięcia uplastycznionego tworzywa w formie oraz przebiegu jego krzepnięcia. Ponieważ procesy te zachodzą w formie wtryskowej, konstruktor tego narzędzia musi uwzględniać, prócz zagadnień typowo mechanicznych, również zagadnienia związane z fizycznym charakterem przemian tworzywa (skurcz). Skonstruowanie racjonalnie pracującej formy wymaga równocześnie od konstruktora gruntownej znajomości możliwości technicznych wtryskarki, ponieważ jest to maszyna o wyjątkowo bogatych możliwościach, zapewnionych przy jej wyposażenie i liczne programy pracy.

Fazy procesu wtryskiwania
1. zamykanie formy,
2. dosuwanie układu uplastyczniającego do formy tak aby dysza wtryskowa zetknęła się z tuleją wtryskową,
3. wtryśnięcie uplastycznionego tworzywa przez dyszę do gniazda formy i jego wypełnienie (faza wtrysku)
4. uzupełnienie tworzywa w gnieździe poprzez nieduże dociśnięcie ślimaka w celu wyrównania zmniejszenia objętości wywołanej skurczem zestalającego się tworzywa (faza docisku),
5. chłodzenie wypraski;
6. odsunięcie układu uplastyczniającego i wprawienie ślimaka w ruch obrotowy, co powoduje ponowne pobranie tworzywa z leja zasypowego i jego uplastycznienie,
7. otwarcie formy i wyjęcie wypraski,
8. przygotowanie formy do następnego cyklu.

Parametry procesu wtrysku

W prowadzeniu procesu dużą rolę odgrywa doświadczenie zarówno technologa ustalającego proces, jak i wtryskiwacza przestrzegającego ustaleń założonych w warunkach produkcyjnych. Do najważniejszych parametrów procesu wtryskiwania zalicza się: temperaturę, ciśnienie i czas wtrysku. Dobór tych parametrów zależy od:

- kształtu i wielkości wypraski
- rodzaju i własności użytego tworzywa
- sprawności pracy wtryskarki
- konstrukcji formy.

Dodatkowo temperatura wtrysku zależy jeszcze od: temperatury formy, ciśnienia tłoka wtryskowego i szybkości wtrysku. Natomiast czas wtrysku zależy jeszcze od: wydajności uplastyczniania, ciśnienia i temperatury wtrysku, oraz szybkości wtrysku. Parametry te decydują o wydajności procesu, jakości wyprasek, własności mechanicznych wyrobu i jego zastosowania.

Budowa wtryskarki ślimakowej z podstawowymi zespołami: 1- siłownik napędu stołu, 2- kolumny prowadzące stół, 3- nakrętki do nastawiania wysokości formy, 4- stół tylny nieruchomy przestawny, 5- zespół kolumnowo- dźwigniowy, 6- stół ruchomy, 7- zderzak wtryskarki, 8- stół przedni nieruchomy, 9- cylinder wtryskowy, 10- dysza wtryskarki, 11- ślimak, 12- grzejnik, 13- chłodzenie strefy zasypowej cylindra, 14- lej zasypowy, 15- silnik napędu ruchu obrotowego ślimaka, 16- siłownik przesuwu ślimaka, 17- prowadnice agregatu wtryskowego, 18- zbiornik oleju układu hydraulicznego, 19- siłownik przesuwu cylindra, 20- dławik, 21- regulator ciśnienia oleju układu hydraulicznego.

Budowa typowej formy wtryskowej:1- tuleja wlewowa, 2- kanał wlewowy, 3- zaczep wlewka, 4- przewężka, 5, 6,7- wstawki formujące matrycy, 8, 9- wstawki formujące stempla, 10- tuleja prowadząca, 11- kołek prowadzący, 12- pierścień centrujący formę, 13- płyta podpierająca, 14- płyta mocująca, 15- tuleje podpierające, 16- zderzak, 17- sprężyna powrotna zderzaka, 18- wypychacze, 19- płyta wypychaczy, 20- płyta podpierająca wypychacze, 21- wypychacz wlewka, 22 - 26- kanały chłodzące.

Forma wtryskowa składa się przeważnie z dwóch podzespołów: podzespołu mocowanego do ruchomego stołu wtryskarki, zwanego podzespołem ruchomym, i podzespołu mocowanego do nieruchomego stołu wtryskarki, zwanego podzespołem nieruchomym. Podzespoły formy tworzą następujące części: gniazdo lub gniazda formujące, układ przepływowy (wlewowy), układ chłodzenia lub grzania, układ wypychania wypraski (lub wyprasek), a także wlewka, obudowa i elementy ustalające oraz prowadzące, jak również układy uzupełniające.

Formy dzielimy na:
- Jednogniazdowe - jednokrotne
- Wielogniazdowe - wielokrotne

Kanały wtryskowe układu przepływowego formy wtryskowej składają się z:
- kanału przepływowego centralnego, stożkowego, współosiowego z dyszą wtryskarki
- kanału doprowadzającego łączącego kanał przepływowy z gniazdem formy,
- przewężki, stanowiącej ujście kanału doprowadzającego do gniazda formy.

Poprzez pojęcie przetwórstwa wtórnego (PW) rozumie się wytwarzanie wyrobów z półproduktów. Półprodukty mogą być bardzo zróżnicowane, ich postać zależy od wielu czynników. Najważniejszymi są: materiał, rodzaj wyrobu końcowego oraz technologia wytwarzania. PW jest stosowane wyłącznie do materiałów termoplastycznych. PW stosuje się praktycznie tylko do produkcji seryjnych i wielko seryjnych. Zastosowanie tego sposobu wytwórstwa do produkcji danych wyrobów podyktowane jest zazwyczaj względami ekonomicznymi.

Najczęściej stosowane metody PW to:

Formowanie ze zginaniem	zginanie, gięcie
Formowanie ciśnieniowe	wciskanie, radełkowanie, spęczanie
Rozciąganie	wyciąganie
Rozciąganie ciśnieniowe	wytłaczanie

Spotyka się wiele odmian każdej z powyższych metod. Do najbardziej znanych należą: np. formowanie próżniowe, formowanie ciśnieniowe, wszelkiego rodzaju linie technologiczne wykorzystujące półprodukty w formie folii, itp.

Najczęściej stosowane termoplasty w PW to:
ABS - elementy przemysłowe wymagające dużej udarności.

ABS/PVC - sprzęt AGD.

Polistyren - niski koszt, niska udarność.

Sztywny PVC - dobra odporność chemiczna i pogodowa.

PC - sztywny, duża przenikalność optyczna, przeźroczyste opakowania, płyty

PC/ABS - wysoka udarność, sztywny i stabilny wymiarowo, łatwość przetwarzania, łatwy w nadawaniu kolorów, stabilny cieplnie.

TPO/TPU - giętki, sztywny, odporny na uderzenia, bardzo dobre charakterystyki przy niskich temperaturach.

Największym odbiorcą wyrobów formowanych metodą próżniową są zakłady produkujące chłodziarki (komory wewnętrzne, drzwi, pojemniki, półki) oraz wszelkiego rodzaju opakowania (do napojów, tace, pudełka itp.). Drugim z kolei jest przemysł motoryzacyjny i lotniczy, gdzie z ABS wykonywane są nadwozia, deski rozdzielcze, wewnętrzne części drzwi, elementy foteli, schowki itp. W przemyśle elektrotechnicznym wykonuje się metodą formowania próżniowego elementy izolacyjne maszyn elektrycznych, obudowy i pokrywy. Także podświetlane znaki drogowe z tworzyw akrylowych są wykonywane tą metodą. Z innych dziedzin można wymienić: produkcja łodzi, wyposażenia wagonów kolejowych i statków, walizek, wózków dziecięcych, zabawek, mebli i elementów dekoracyjnych.

W trakcie wtórnego formowania wyrobów z tworzyw wykorzystywany jest stan wysokoelastyczny polimerów, co znaczy, że próbka poddawana działaniu naprężeń odkształca się sprężyście, a stan tego odkształcenia utrwalany jest przez ochłodzenie kształtki poniżej temperatury zeszklenia. Formowanie wtórne jest, więc metodą przetwórstwa, dla której surowcami wyjściowymi są najczęściej płyty lub folie. Zastępuje ona niekiedy technologię wtrysku. Metodą tą można wytwarzać m.in. wyroby o bardzo małej grubości ścianki (rzędu setnych części mm) i o znacznych gabarytach (rzędu kilku m2), co nie jest możliwe do uzyskania na wtryskarkach.
Istotny wpływ podczas formowania wtórnego mają wytrzymałość na rozciąganie (lub zginanie) oraz maksymalne wydłużenie przy zerwaniu w temperaturze kształtowania. Ze względu na łatwość formowania najkorzystniejsza byłaby możliwie duża wartość tej drugiej wielkości, co wiązałoby się ze stosowaniem odpowiednio wysokiej temperatury (rys. 1), ale to oznacza wyraźne pogorszenie wytrzymałości tworzywa i możliwość zniszczenia kształtki w trakcie procesu przetwórstwa. Wymieniona ostatnia ewentualność jest niedopuszczalna i w związku z tym zachodzi konieczność wyznaczenia optymalnego zakresu temperatury, który zapewni poprawne warunki formowania. Jak wynika z istoty odkształcenia wysokoelastycznego, kształt wyrobu jest nadany odwracalnie, tzn. po ponownym ogrzaniu przedmiotu powyżej temperatury zeszklenia i usunięciu naprężeń zewnętrznych nastąpi poodkształceniowy powrót oraz odzyskanie pierwotnego kształtu półwyrobu.
Rys.1 Wpływ temperatury na wydłużenie przy zerwaniu (1) i wytrzymałość na rozciąganie (2) termoplastów

Formowanie próżniowe polega na ogrzaniu tworzywa do stanu wysokiej elastyczności i nadaniu mu kształtu wyznaczonego formą za pomocą różnicy ciśnień, powstałej dzięki wytworzonej próżni między folią czy płytą a formą. Stosuje się również kształtowanie nagrzanej płyty czy folii za pomocą sprężonego powietrza lub też ruchomego stempla. Najczęstsze zastosowanie tej metody formowania to otrzymywanie wyrobów cienkościennych o dużej powierzchni z polistyrenu PS, kopolimeru ABS, twardego PCV, polimetakrylanu metylu PMM, polietylenu PE, polipropylenu PP, celuloidu i octanów calulozy. Wyroby produkowane tą techniką to w przeważającej większości opakowania, w formie wszelkiego rodzaju pojemników otwartych, z reguły dzielonych w płaszczyźnie największego przekroju.

Wymienić można następujące zalety formowania próżniowego :

• możliwość wytwarzania wyrobów o bardzo małej grubości ścianek i o znacznych gabarytach,

• niski koszt form, co zmniejsza ryzyko przy uruchamianiu nowej produkcji,

• możliwość stosowania form wielokrotnych, zwiększających wydajność produkcji,

• znaczna swoboda wyboru surowca do formowania.

Do wad tej technologii zaliczyć należy:

• wysokie ceny surowca - ceny płyt i folii są ok. 100% wyższe od cen granulatu,

• powstawanie znacznych odpadów poprodukcyjnych przy obcinaniu (okrawaniu), których nie da się bezpośrednio zagospodarować w tej technologii,

• nierównomierności w grubości ścianek wyrobu,

• pocienienia w narożach,

• brak możliwości wykonania w jednej operacji otworów oraz gwintów,

• konieczność wykonywania obróbki wykańczającej (obcinanie obrzeży, wiercenie otworów itp.).

Tworzywa stosowane do formowania próżniowego muszą spełniać następujące wymagania:

• posiadać szeroki zakres temperatur, w którym możliwe jest termoformowanie,

• umożliwiać uzyskanie odpowiedniej głębokości formowania: H/D (stosunek wysokości formowania do średnicy),

• powinny dobrze płynąć, dokładnie wypełniać zagłębienia i układać się na krawędziach formy,

• folie lub płyty powinny charakteryzować się jednorodnością materiału w całym przekroju (bez pęcherzy), wtrąceń, dziur, mieć lśniącą powierzchnię i stałą grubość,

• powinny ulegać pod wpływem ogrzewania całkowitemu i równomiernemu zmiękczeniu tak, aby można było formować wyroby przy nadciśnieniach lub różnicy ciśnień rzędu 1 bara (0,1 MPa),

• mieć odpowiednią wytrzymałość cieplną, aby powierzchnia folii nie ulegała uszkodzeniu termicznemu podczas nagrzewania,

• zachować kształt po formowaniu i wytrzymałość wynikającą z cech materiału wyjściowego.

Przykładowe temperatury stosowane podczas formowania próżniowego wynoszą:

• PCV twarde - 120-155 ^oC,

• polistyren - 120-150 ^oC,

• kopolimer ABS - 150-175 ^oC,

• polimetakrylan metylu 145-180 ^oC,

• poliwęglan - 230-245 ^oC.

Wyróżniamy następujące rodzaje formowania próżniowego:

• formowanie negatywowe (proste, z częściowym przytrzymywaniem, z mechanicznym rozciąganiem oraz metodą "Air cushion control"),

• formowanie pozytywowe (proste, z rozciąganiem mechanicznym lub powietrzno-mechanicznym oraz metodą "Snap-back"),

• oraz inne odmiany tego formowania (np. metodą z elastycznym workiem).

Formowanie mechaniczne, czyli kształtowanie przez rozciągania stemplem, zwane też tłoczeniem głębokim, polega na wciskaniu ukształtowanego stempla w płytę tworzywa uprzednio ogrzanego do stanu plastycznego. W metodzie tej tworzywo mocowane jest na obrzeżu jak pokazano na rys. 14.

Formowanie pozytywowe Stosowane formy w tej metodzie mają kształt wypukłych stempli, na które naciągana jest folia lub płyta w procesie formowania (rys. 7).

W metodzie tej w porównaniu z metodą negatywową korzystniejszy jest rozkład grubości ścianki dla wyprasek o tej samej głębokości tłoczenia. Tego rodzaju formowanie wykazuje jednak niedogodność, która w przypadku produkcji masowej jest jednocześnie zagadnieniem ekonomicznym, a mianowicie wymaga przestrzegania znacznych odstępów między poszczególnymi formami. Odległość ta (A) wyznaczona z praktyki w przybliżeniu wynosi A~1,5 h. Gdzie h jest wysokością formy.

W celu uniknięcia pocienienia ścianki stosuje się analogicznie do metody poprzedniej, rozciąganie folii mechaniczne (rys.8) i powietrzno-mechaniczne (rys. 9).

Rys. 8. Rozciąganie mechaniczne folii (ruchem ramy zaciskowej w dół), 1- rama obciągająca, 2- folia z tworzywa sztucznego, 3- forma pozytywowa, 4- otwory łączące przestrzeń formowania z komorą próżniową (e 0,3 - 0,5 mm) Rys. 9. Schemat formowania pozytywowego z powietrzno-mechanicznym rozciąganiem folii, a - nagrzewanie i rozdmuch, b - ruch stempla do góry, rozciąganie mechaniczne, a następnie formowanie próżniowe

Odmianą metody pozytywowej jest tzw. metoda "Snap-back", której zasadę przedstawiono na rys. 10. Nagrzany arkusz jest powoli wciągany do komory próżniowej. Przez opuszczenie formy spełniającej rolę tłoka następuje zamknięcie przestrzeni między formą i arkuszem skąd następnie usuwa się powietrze. Równocześnie lekkie nadciśnienie w komorze ułatwia proces formowania. Metoda ta stosowana jest często do laminowania próżniowego.

Główną wadą metody pozytywowej jest większy odpad produkcyjny w postaci obrzeży, jak również nierównomierna grubość ścianek, z reguły pocienienie ścianek bocznych.

Formowanie Negatywowe Formowanie to polega na wciągnięciu folii lub płyty z tworzywa sztucznego w negatywową formę (wklęsłą matrycę) - rys.2.

Rys. 2. Schemat formowania próżniowego negatywowego: a) przygotowanie do formowania i nagrzewanie, b) podłączenie do próżni i formowanie, 1- folia z tworzywa sztucznego, 2- forma negatywowa, 3- rama dociskająca folię do formy, 4- uszczelka (możliwa również praca bez uszczelki), 5- otwory łączące komorę formowania z "próżnią", 6- płyta grzewcza

Wadą tej metody jest pocienianie ścianek wyrobu wraz ze zwiększaniem głębokości formowania (rys.3). Optymalny stosunek głębokości formowania (H) do średnicy (D) wynosi: H/D = 0,4. Możliwe jest jego nawet dwukrotne zwiększenie przez zastosowanie pochylenia ścianek.

Rys. 3. Przykładowy rozkład grubości ścianek wyrobu jako wynik formowania negatywowego

Zmniejszenie efektu pocienienia można również uzyskać stosując tzw. ekranowanie, polegające na osłanianiu przed nagrzewaniem miejsc na folii, które w czasie formowania najbardziej ulegają wyciąganiu, lub stosując częściowe przytrzymywanie folii przez ramę dociskową ze sprężynami (rys. 4).

Rys. 4. Formowanie negatywowe z częściowym przytrzymywaniem folii

Przy większych głębokościach formowania (H/D > 0,5) stosuje się dodatkowo rozciąganie mechaniczne folii po jej ogrzewaniu (rys.5). Unowocześniona metoda formowania negatywowego z rozciąganiem folii polega na wykorzystaniu w procesie formowania gorącego, sprężonego powietrza (metoda "Air cushion control"). Schemat tej metody przedstawia rys. 6 (w kółkach podane są czasy poszczególnych operacji w [s]).

Rys. 5 Formowanie negatywowe z mechanicznym rozciąganiem folii: 1 - folia, 2 - stempel, 3 - forma Rys. 6. Formowanie negatywowe metodą "Air cushion control"

Odpowiednie pozycje na rys. 6 oznaczają:

A) przygotowanie do formowania i podgrzania folii,

B) otwarcie zaworu (5) i nadmuch gorącego powietrza pod ciśnieniem od 3 do 5 bar od strony formy negatywowej oraz stempla, który w tym czasie przesuwa się w dół,

C) i D) dalszy ruch stempla w dół z równoczesnym nadmuchem sprężonego powietrza (rozciąganie folii na poduszce powietrznej),

E) odłączenie nadmuchu, podłączenie do próżni (zaworem 6) w celu ostatecznego uformowania wyrobu, wycofanie się stempla.

Wytłaczanie

Przez pojęcie wytłaczanie rozumie się ciągły proces otrzymania wyrobów lub półwyrobów (w

postaci profilów, płyt lub folii) z tworzyw polimerowych, polegający na uplastycznieniu materiału w

układzie uplastyczniającym wytłaczarki, a następnie jego ukształtowaniu poprzez wyciskanie przez

odpowiednio ukształtowany ustnik, znajdujący się w głowicy.

Proces wytłaczania prowadzony jest w celu:

I. formowania - uplastyczniony materiał na skutek dużego ciśnienia wytworzonego w układzie

uplastyczniającym wytłaczarki jest przeciskany przez odpowiednio ukształtowany ustnik, który nadaje

żądany kształt formowanemu tworzywu.

Do procesów formowania materiałów jednorodnych (np. czyste polimery) stosowane są zwykle

wytłaczarki jednoślimakowe (najtańsze). Do procesu wytłaczania tworzyw wrażliwych termicznie (jak

PVC) stosuje się również wytłaczarki dwuślimakowe przeciwbieżne lub planetarne, natomiast do

wytłaczania tworzyw modyfikowanych oraz kompozytów polimerowych znajdują zastosowanie

wytłaczarki dwuślimakowe współbieżne.

II. mieszania - wytłaczarki (głównie dwuślimakowe współbieżne, w mniejszym stopniu również

przeciwbieżne) są bardzo dobrymi urządzeniami mieszającymi. Do procesu mieszania można

również wykorzystać inne urządzenia, jak mieszalniki lub walcarki, które w odróżnieniu od

wytłaczarek pracują w sposób cykliczny (załadowanie mieszaniny - mieszanie - odbieranie materiału

- czyszczenie urządzenia). Rodzaj wykorzystanego urządzenia zależy głównie od wymaganej

wydajności procesu - dla niewielkich wydajności, do kilku kg/dobę, głównie w laboratoriach, stosuje

się urządzenia pracujące w sposób cykliczny, natomiast dla większych wydajności (zastosowania

przemysłowe) lepszym rozwiązaniem wydaje się być wytłaczarka dwuślimakowa, pracująca w

sposób ciągły.

3. Budowa i podział wytłaczarek.

Typowa wytłaczarka zbudowana jest z:

1. układu uplastyczniającego (zasobnik, cylinder, ślimak, elementy grzejne na cylindrze, elementy

chłodzące na cylindrze w obszarze zasobnika),

2. układu formującego (głowica zakończona ustnikiem),

3. układu napędowego (silnik, przekładnie),

4. układu sterowania.

3.1.1. Układ cylinder-ślimak wytłaczarki powinien spełniać cztery podstawowe funkcje:

1. dostarczać do głowicy tworzywo ze stałą prędkością (TRANSPORT),

2. mieszać tworzywo w celu zapewnienia jednorodności jego składu i temperatury (MESZANIE -

HOMOGENIZACJA MATERIAŁOWA I TERMICZNA),

3. ogrzewać tworzywo do stopienia i do wymaganej przez proces temperatury,

4. sprężać tworzywo w celu usunięcia powietrza spomiędzy jego ziaren i wytworzenia w nim

ciśnienia wystarczającego dla pokonania oporów przepływu przez głowicę.

4. Przebieg procesu wytłaczania.

Tworzywo polimerowe w postaci granulatu lub proszku podawane jest do leja zasypowego

wytłaczarki (zasobnika), skąd grawitacyjnie (najczęściej, lub za pomocą odpowiednich podajników

ślimakowych) transportowane jest do cylindra.

W cylindrze w wyniku ciągłego ruchu obrotowego ślimaka materiał jest transportowany

(transport wleczony) w kierunku głowicy. W pewnym momencie tworzywo dostaje się do ogrzewanej

strefy cylindra, gdzie ulega stopieniu, a następnie homogenizacji materiałowej i termicznej.

Jednorodny stop podawany jest z odpowiednią prędkością do głowicy, gdzie materiał jest formowany,

przyjmując kształt ustnika

4.1. Zadania poszczególnych stref dynamicznych wytłaczarki.

W strefie zasilania (transportu tworzywa stałego) tworzywo jest pobierane z leja

zasypowego oraz zostaje wstępnie zagęszczone i transportowane dalej w kierunku głowicy. Strefę

zasilania stanowi w przybliżeniu odcinek cylindra wytłaczarki liczony od zasobnika do początku

ogrzewanej strefy cylindra.

Zdolność transportowania materiału zależy od:

- objętości kanału między zwojami ślimaka w tej strefie,

- szybkości obrotowej ślimaka,

- współczynnika tarcia tworzywa o cylinder i ślimak.

Zagęszczanie jest wynikiem powstawania gradientu ciśnienia w transportowanym tworzywie,

zależnego od:

- współczynnika tarcia tworzywa o cylinder (współczynnik tarcia powinien być możliwie duży),

- współczynnika tarcia tworzywa o ślimak (współczynnik tarcia powinien być jak najmniejszy).

W strefie zasilania (strefie transportu tworzywa stałego) wzrost ciśnienia ma charakter

wykładniczy.

Długość geometrycznej strefy zasilania ślimaka powinna być tym większa, im wyższa jest

temperatura mięknienia tworzywa, przy czym niekiedy redukuje się jej długość kosztem wstępnego

podgrzania materiału.

Dalsze zagęszczanie tworzywa zachodzi w strefie uplastyczniania (stapiania, przemiany).

W strefie tej tworzywo przechodzi ze stanu stałego w uplastyczniony. Stapianie materiału zachodzi

pod wpływem ciepła wytworzonego przez elementy grzejne oraz z tarcia (materiału o cylinder, ślimak

i tarcia wewnętrznego). Teoretycznie uplastycznienie tworzywa powinno być zakończone właśnie w

tej strefie. Tworzywo opuszczające strefę stapiania powinno być już odgazowane.

Długości strefy sprężania ślimaków [3] powinna być tym większa, im większy jest zakres temperatury

mięknienia. Tworzywa amorficzne, jak PS, PC czy PMMA wykazują dość duży zakres, natomiast

krystaliczne, jak POM czy PA topią się w zakresie zaledwie kilku stopni, zatem do ich wytłaczania

stosuje się ślimaki z krótką (1-2D) strefą sprężania (rys. 20B).

Nieco inaczej jest w przypadku

tworzyw łatwo odkształcalnych, jak LDPE, gdzie można stosować nawet ślimaki dwustrefowe z długą

strefą sprężania (rys. 20C), w której niestopione jeszcze ziarna materiału ulegają od początku

powolnemu ściskaniu.

Optymalny stopień sprężania ślimaka [3] (stosunek wysokości kanału ślimaka w strefie

zasilania do jego wysokości w strefie dozowania) powinien być większy od stosunku gęstości stałego

tworzywa do jego gęstości nasypowej. Stąd też wynika, iż materiał w postaci proszku wymaga

ślimaka o większym stopniu sprężania niż ten sam materiał w postaci granulatu. Zależy on także od

lepkości materiału w warunkach wytłaczania i tak dla tworzyw amorficznych, wykazujących dużą

lepkość stopu wskazane są ślimaki o małym stopniu sprężania, aby uniknąć przegrzewania

intensywnie ścinanego materiału oraz uniknąć nadmiernego obciążenia układu napędowego ślimaka.

Niewielkie stopnie sprężania, rzędu 2 zalecane są również przy przetwórstwie tworzyw niestabilnych

termicznie, jak PVC, dla których zbyt duży stopień sprężania mógłby spowodować degradację

materiału. Dla stabilnych termicznie tworzyw semikrystalicznych, jak PE czy PP stosować można

duże stopnie sprężania, rzędu 4 i więcej.

5.1. Efekt Barusa

Efekt Barusa polega na procesie pęcznienia strugi uplastycznionego tworzywa polimerowego

opuszczającego głowicę wytłaczarki. W wyniku występowania tego efektu pole przekroju

poprzecznego wytłoczyny jest zatem większe od pola przekroju poprzecznego otworu dyszy

wytłaczarskiej. Jeżeli profile nie wykazują przekroju kołowego, to przekroje dyszy i wytłoczyny, ze względu na

nierównomierne rozszerzanie się materiału, są najczęściej różne. Aby otrzymać kształt wytłoczyny

zgodny z oczekiwanym, należy obliczeniowo lub empirycznie zmienić kształt ustnika tak, aby po

procesie pęcznienia strugi uzyskać wymagany kształt profilu. Do eliminowania efektu Barusa w linii

technologicznej służą urządzenia zwane kalibratorami.

5.2. Efekt Weissenberga

Efekt Weissenberga zaobserwować można podczas obracania dokoła własnej osi

cylindrycznego elementu zanurzonego w cieczy lepkosprężystej (np. stopionych polimerach,

roztworach polimerowych, farbach i lakierach itd.). Widoczne jest wówczas podnoszenie się

powierzchni swobodnej cieczy („wspinanie się”) w górę po wirującym elemencie wbrew sile grawitacji

oraz wbrew sile odśrodkowej. Za tak niezwykłe zachowanie odpowiedzialne są właściwości sprężyste

cieczy, a dokładniej mówiąc generowanie podczas przepływu ścinającego dodatkowych naprężeń,

tzw. naprężeń normalnych.

Podstawowym urządzeniem linii technologicznej jest wytłaczarka, której zadaniem jest

dostarczenie do głowicy uplastycznionego tworzywa o odpowiednim natężeniu przepływu,

temperaturze, ciśnieniu oraz stopniu homogenizacji materiałowej i termicznej. Zadaniem głowicy

wytłaczarskiej jest nadanie przetwarzanemu materiałowi odpowiedniego kształtu przy zapewnieniu

odpowiedniej jego jednorodności, jak również wytworzenie odpowiedniego spadku ciśnienia

umożliwiającego realizację całego procesu. Proces ten realizowany jest poprzez stopniową zmianę

przekroju poprzecznego kanału przepływowego głowicy lub poprzez zastosowanie kanałów

rozprowadzających. Końcowe ukształtowanie materiału ma miejsce w dyszy wytłaczarskiej. Na

skutek zjawiska rozszerzania się strumienia tworzywa wypływającego z dyszy przekrój poprzeczny

wytłoczyny nie jest taki sam jak przekrój poprzeczny wylotu dyszy, dlatego też wprowadza się

najczęściej poprawki kształtu dyszy, zwykle w sposób doświadczalny, choć istnieją już metody

komputerowe wspomagające ten proces.

7. Proces wytłaczania z rozdmuchiwaniem swobodnym

Proces ten polega na wytłoczeniu rury cienkościennej i natychmiastowym jej rozdmuchaniu za

pomocą powietrza o niewielkim nadciśnieniu, a następnie wyciągnięciu za pomocą urządzenia

odbierającego. W jego rezultacie otrzymuje się folię rurową.

Proces ten można przeprowadzać „w dół”, „poziomo” lub „w górę”, w praktyce stosuje się ten

ostatni jako najłatwiejszy do kontroli.

Rys.
W czasie rozdmuchiwania zachodzi głównie rozciąganie w kierunku poprzecznym, natomiast

podczas wyciągania - rozciąganie w kierunku wzdłużnym. Podstawowe zatem parametry tego

procesu to [1]:

· stopień rozciągnięcia folii w kierunku wzdłużnym DL (stosunek prędkości odbierania

folii do prędkości wypływającego tworzywa z głowicy),

· stopień rozciągnięcia folii w kierunku poprzecznym DT (stopień rozdmuchania -

stosunek średnicy rękawa folii do średnicy otworu wylotowego dyszy głowicy).

8. Proces wytłaczania z rozdmuchem w formie

Proces wytłaczania z rozdmuchem w formie przebiega na stanowisku technologicznym

złożonym z wytłaczarki oraz głowicy kątowej, układu odcinającego, układu formy rozdmuchowej oraz

odbioru pojemników. Sam proces może przebiegać w dwojaki sposób [1]:

· jednoetapowo - rozdmuchiwanie profilu (rury cienkościennej),

· dwuetapowo - rozdmuchiwanie wstępne profilu oraz rozciąganie preformy.

Zasada procesu jednoetapowego (rys. 29) polega na wytłoczeniu cienkościennej rury o

odpowiedniej długości. W drugiej części procesu rurę tę umieszcza się w formie i rozdmuchuje

sprężonym powietrzem (ok. 1,5 - 2 bar) do żądanych kształtów i wymiarów.

Podczas procesu rozdmuchu następuje tutaj rozciąganie materiału w kier. poprzecznym oraz

(w mniejszym stopniu) w kier. wzdłużnym, lecz orientacja cząsteczkowa jest zazwyczaj niewielka.

Proces dwuetapowy (rys. 30) polega na:

1. wytłoczeniu profilu (rury cienkościennej) i nieznacznym jej rozdmuchaniu w pierwszej formie

(mniejszej) w celu uzyskania kształtki wstępnej (prepojemnika) o mniejszych wymiarach i

grubszej ściance (formowanie wstępne),

2. ustalenie temperatury preformy (w pobliżu temp. zeszklenia lub krystalizacji materiału

polimerowego), a następnie jej rozdmuchaniu w formie docelowej w celu otrzymania gotowego

pojemnika (formowanie zasadnicze), rozdmuchanie może odbywać się z jednoczesnym

wzdłużnym rozciąganiem mechanicznym (za pom. trzpienia).

Proces ten jest charakteryzowany trzema parametrami:

1. stopniem rozciągnięcia w kierunku wzdłużnym DL (stosunek długości pojemnika do długości

preformy),

2. stopniem rozciągnięcia w kierunku poprzecznym DT (stosunek średnicy pojemnika do

średnicy profilu),

3. stopniem orientacji makrocząsteczek OD (stosunek grubości ścianki pojemnika do grubości

ścianki preformy).

Skurcz przetwórczy

Skurcz przetwórczy odgrywa niepomijalne znaczenie w procesie wytłaczania i nosi nazwę

skurczu wytłaczarskiego.

Wartości skurczu są odmienne dla różnych rodzajów tworzyw. W tabeli 2 zestawiono dane dla

niektórych materiałów polimerowych w przypadku skurczu pierwotnego wzdłużnego. Większe

wartości skurczu pierwotnego tworzyw termoplastycznych krystalicznych niż bezpostaciowych ( też

amorficznych) wynikają ze znanego zjawiska gęstszego upakowania makrocząsteczek struktury

krystalicznej, zachodzące podczas procesu krystalizacji. Skurcz pierwotny zmniejsza i stabilizuje

dodatek większości napełniaczy proszkowych oraz włóknistych. Zjawisko skurczu wtórnego

występuje przede wszystkim w przypadku tworzyw termoplastycznych krystalicznych, gdyż w nich

zachodzą wyraźnie dalsze procesy przemian strukturalnych i chemicznych.

---