Metalizowanie

Charakterystyka wyrobów z tsz po metalizowaniu:

- lepsze walory dekoracyjne

- wyższa odporność mechaniczna (głównie twardość)

- wyższa barierowość

- wyż. Odporność termiczna (wyż. Temp. mięknienia)

- przewodność elektryczna powierzchni (brak elektrostatyczności)

- niższa (w porownianiu do innych metod) pracochłonność – tansze wyroby

Zadania powłok metalowych:

- zabezpieczenie przed promieniowaniem cieplnym (Ag, Au, Al. – odbijaja 90% promieniowania)

- bariera dla pól i fal elektromagnetycznych

- chronią tworzywa przed dzialaniem promieniowania UV

- lżejsze (szczególnie w porównaniu do metali nieżelaznych)

- lepsza odporność na korozję i trwałe odkształcenia

- zwieksza wytrzymałość na rozciaganie(+), zginanie(+), udarność(+), odporność cieplna(++) oraz nasiakliwosc(+++)

Fazy obróbki powierzchni polimerów:

Etap 1 (surowiec) – suszenie

Etap 2 (przetwórstwo) – kształt, stan powierzchni (chropowatość, zabrudzenia, linie łączenia)

Etap 3 (odtłuszczanie, trawienie) – oczyszczanie powierzchni, zwiększenie chropowatośći

Proces trawienia:

- wytworzenie struktury porowatej (poprzez usunięcie butadienu) – lepsza przyczepność powłoki

- podstawowa substancja wykorzystywana – kwas siarkowy + trójtlenek chromu

- trudne trawienie poliolefin – dlatego poddaje się je odtłuszczaniu;

Odtłuszczanie:

- wykorzystywane wodne roztwory alkaliczne (PP - aceton, chlorek metylenu; PA - benzyna; Poliestry -aceton)

- temp. 50-60 C

- czas 10-15 min.

Konstrukcja części z tsz do metalizowania:

- uwidocznienie linii łączenia, jettingu oraz zapadnięć - konieczność stosowanie grubszych powłok

- minimalny promień – 0.3mm

- otwory ślepe – głębokość <= średnicy

- unikać gładkich powierzchni oraz płaskich o dużej powiechchni

Zalecenia technologiczne (do procesu wtrysku)

- nie stosować smarów

- dobrze suszyć tworzywo

- wysokie temp. wtrysku

- zachować czystość w trakcie procesu oraz usuwania gradu.

Rodzaje metalizowania:

- mechaniczne (tłoczenie walcowanie)

- fizyczne (naparowanie, rozpylanie katodowe)

- chemiczne (niklowanie chemiczne)

- elektrochemiczne (miedziowanie, niklowanie, chromowanie)

Fizyczne – naparowanie:

- metal umieszczany w tyglu wolframowym

- zastosowanie ciśnienia ( -10^-3hPa)

- podwyższona temperatura

- proces: wskutek podciśnienia atomy metalu przenoszą się na element metalizowany

- stosuje się Al. Cu Ag Au

- przyczepność zależy od ciśnienia, temp. materiału, czystości, wł. Chemicznych

Fizyczne – rozpylanie katodowe:

- w układzie magnetronowym

- gęstość mocy – 50W/cm² (większa moc – wyładowania na elektrodzie)

- wyższe ciśnienie – mniej równomierny rozkład powłoki

- proces:

- zapłon zależy od ciśnienia

- ciśnienie rzędu ( -10^-3hPa) – zależy od rodzaju gazu, rodzaju materiału oraz elektrody

- użycie gazu szlachetnego

- nanosi się Al., Cu, Ti, Ag, tlenki, azotki, węgliki

Zalety rozpylania magnetronowego:

- wysoka powtarzalność

- możliwość sterowania parametrami procesu

- duża przyczepność do podłoża

- możliwość natryskiwania przewodników i izolatorów

- powłoka nie usztywnia warstwy

- możliwość trawienia przed rozpylaniem – w jednym cyklu roboczym

- do elektrod porowatych stosuje się pośrednia płyte miedziana

Wady rozpylania magnetronowego:

- czasochłonny proces – wytwarzanie próżni

- konieczność budowy szczelnych komór

- niekontrolowanie wyładowania poza obszarem trawionym

- ekranowanie pola rozpylania przez króciec wziernika

Zastosowanie:

- modyfikacja warstwy wierzchniej

- wytwarzanie warstw ochronnych

- warstwy trybologiczne

- jako bariera dla gazów i UV

- przewodzą ciepło i elektryczność

- ekranowanie urządzeń elektrycznych

- poprawa odporność na starzenie

Technologia mikroporowania – spieniania

Charakterystyka tworzyw sztucznych porowatych:

- niska gęstość pozorna

- budowa komórkowa

- skład : polimer syntetyczny lub modyfikowany polimer naturalny

Cechy materiałów porowatych:

- bardziej elastyczne

- niska gęstośc pozorna

- niska przewodność cieplna

- dźwiękochłonność

Materiały stosowane:

- termoplasty

- z dodatkiem wypełniaczy

- środki porotwórcze – dostosowanie do tworzywa (ze względu na temperaturę przetwórstwa).

Porofory posiadają dwie temp. rozkładu, dlatego podczas wytwarzania nie można przekroczyć temperatury porowania właściwego

- spienianie umożliwia maks. krystaliczność przy niskich temp. formy

Rozkład gęstości:

Metody spieniania tworzyw sztucznych:

- redukcja siły zwarcia formy - red. czasu cyklu (czas chlodzenia i plastyfikacji) - brak obciągnięć - bardzo dobra jakość powierzchni - gorący rdzeń przesuwa się w kierunku cieplejszej części formy	- wprowadzenie gazu sprężonego umieszczonego w mikserze - gaz dyfunduje w procesie spieniania - gaz musi zostac wprowadzony w stanie nadkrytycznym
Korzyści: - zmniejszenie masy, lepkości - zmniejszenie czasu wtrysku i chłodzenia - eliminacja zapadnięć, zmniejszenie anizotropii skurczu - możliwość spieniania tworzyw napełnianych Wady: Efekt koncowy zależny od bardzo wielu składowych procesu	Problemy: - trudna kontrola ciśnienia, temperatury oraz lepkości - -//-//-//-//-//-//-//- wytrzymałości polimerowego szkieletu - duża lepkość – problem ze wzrostem pęcherzyków gazu - jeżeli zbyt mala lepkość – łączenie pęcherzyków w pustki

Wtryskiwanie mikroporujace

polega na wprowadzeniu gazu w stanie nadkrytycznym do tworzywa ciekłego w układzie uplastyczniającym wtryskarki i wytworzeniu jednofazowego roztworu wtryskiwanego nastepnie do formy. W wyniku gwałtownego i znacznego zmniejszenia cisnienia w formie zachodzi proces nukleacji dużej liczby zarodków przyczyniajacych sie do powstawania mikroporów. W procesie wtryskiwania mikroporujacego wytwarza sie wypraski o jednorodnej strukturze porowatej, przy czym rozmiary porów sa bardzo małe i wynosza od 0,1μm do 10 μm, a ich ilosc w wyprasce zmienia sie w zakresie od 10⁹ do 10¹² porów w 1 cm³ tworzywa.

Struktura ta w przekroju wypraski jest niewidoczna gołym okiem.

MuCell	- wtrysk gazu w strefie sprężania (aby nie następowało wstępne spienianie) - konieczność stosowania dyszy zamykanej - stosowane duże przeciwciśnienie (8 – 20 MPa) - specjalny ślimak L/D = 23 Zalety: - redukcja masy - redukcja czasu wtrysku - redukcja czasu docisku - redukcja ciśnienia wtrysku oraz sily zamykania formy - lepsze właściwości wyrobu (redukcja naprężen, eliminacja obciągnięć, zmniejszenie wypaczen) Wady: - wyższy koszt wtryskarki - problem z wyeliminowaniem widocznych zawirowan tworzywa na powierzchni - konieczność stabilizowania wyprasek
Ergocell	- zastosowanie innej dyszy z zastosowaniem mieszalnika - dodanie gazu tylko w czasie wtrysku (wada) - zastosowanie konwencjonalnej wtryskarki (zaleta)
Optifoam	Mieszanie poprzez podział – zastosowanie tulei rozdzielających strumień

Technologie laminowania

Laminowanie ręczne:

Etapy:

- wykonanie formy

- przygotowanie powierzchni formy

- nakładanie warstwy rozdzielającej

- nakładanie żelkotu (+ SiO₂ )

- przesycanie zbrojenia

Charakterystyka żelkotu:

- posiada środki przeciwstarzeniowe

- warstwy 400 – 600 um

- powierzchnia zewnętrzna (barierowa, ozdobna) – grubość 1 mm

Charakterystyka żywicy:

- lepkość 1000m Pa s

- duży skurcz – anizotropia skurczu wyrobów

- wieksza ilość zywicy – wieksza kruchość wyrobu

Nakładanie żelkotu

- nanoszenie za pomoca pędzla

- niska emisja styrenu , odpowietrzanie żelkotu

- kierunki rozwoju : nanoszenie za pomoca żelkociarki – natrysk, pistolet 50 cm od powierzchni, natrysk prowadzony na krzyz (w dyszy następuje mieszanie żelkotu z utwardzaczem, dodatkowo stosuje się osłonę powietrzną)

- wada tej metody jest to ze w trakcie uderzania kropli żelkotu w forme następuje turbulencja – zamykanie powietrza – powstanie porowatości

Zalety laminowania ręcznego:

- prosta zasada

- niski koszt uruchomienia

- niskie koszty oprzyrządowania dla żywic utwardzalnych w temp. pokojowych

- szeroki wybór i łatwy dostęp do materiałów

Wady laminowania ręcznego:

- praco i materiałochłonność

- problem z produkcja seryjną

- wyroby jednostronnie gładkie

- jakość zależna od wykonawcy

- duzy rozrzut wymiarow

- niski układ włókien w laminacie (35% wag)

- właściwości anizotropowe (ze względu na włókna ciągłe)

Zastosowanie:

- pojemniki, wanny

- kabiny i elementy nadwozi ciężarówek i autobusów

- kabiny kolejek linowych

- łopaty turbin wiatrowych

Laminowanie natryskowe:

Zalety:	Wady:	Zastosowanie:
- szerokie zastosowanie - niskie kosztu procesu produkcyjnego - średnie koszty maszyn - urządzenia natryskowe mogą slużyć do natrysku żelkotu - właściwości izotropowe	- tendencje do duzej zawartości zywicy - ciete włókno – ograniczone wł. mechaniczne wyrobów - konieczna żywica o niskiej lepkości - limitowana zawartość styrenu	- baseny, wanny - kajaki, sprzet sportowy

Technologia RTM

RTM – wtrysk żywicy do formy zamknietej.

Systemy wtrysku żywicy do form zamknietych pozwalaja na otrzymywanie wysokiej jakości elementów produkowanych seryjnie. Polegają one na wtłaczaniu ciekłej, katalizowanej żywicy do zamknietej formy w, której umieszczamy wczesniej wzmocnienia w postaci maty lub tkaniny. Stosowane maty powinny byc zrobione z włókien ciagłych, można stosowac również inne rodzaje wzmocnien (np. welony) oraz materiały przekładkowe (core) lub elementy metalowe. W produkcji wielkoseryjnej stosowane sa wzmocnienia preformowane. Iniekcja żywicy nastepuje pod cisnieniem kilku atmosfer w temperaturze od pokojowej do 80°C.

Etapy:

1) preforma

2) zbrojenie do formy

3) wtrysk żywicy

4) zastygnięcie

5) wyjęcie wyrobu z formy

Czas wypełniania formy zależy od:

- kształtu i wielkości formy

- postaci i rodzaju wzmocnienia

- stopnia napełnienia żywicy

- lepkości mieszanki temperatury

Cechy charakterystyczne:

- czyszczenie głowicy – powietrzerozpuszczalnikpowietrze

- utwardzanie – reakcja egzotermiczna – wzrost temp. do 130-180 C

- podgrzanie formy - wspomaganie dotwardzenia żywicy

Zalety RTM:

Do zalet metody RTM należa:

Ochrona srodowiska

–Redukcja emisji styrenu do srodowiska,

–Radykalne zmniejszenie narażenia pracowników na działanie takich

zwiazków jak katalizatory, żywica (styren), pyły wypełniaczy,

Kontrola wymiarów:

–Bardzo wysoka powtarzalnosc wyrobów,

–Duża dokładnosc wymiarów obrysu oraz grubosci,

–Wymiary wyrobu sa znormalizowane podczas przygotowania formy –

operator nie musi ich kontrolowac w procesie produkcji,

Obniżenie kosztów produkcji,

–Zmniejszenie ilosci odpadów,

–Zredukowana pracochłonnosc,

–Pełna powtarzalnosc,

–Niższe koszty oprzyrzadowania w porównaniu do technologii prasowaniatłocznego,

–Przyspieszenie procesu produkcyjnego,

–Możliwosc stosowania żywic wypełnionych

Żywica synolite – najczęściej stosowana w technologii RTM

Technologia infuzji żywicy

Sterowanie procesem infuzji żywicy

1. Wyrób laminatowy wytwarzany w technologii infuzji żywicy należy uznac za

wykonany poprawnie w przypadku 100% - owego wypełnienia formy żywica.

2. Jako czynniki majace istotny wpływ na proces infuzji należy wymienic:

a) Własciwosci żywicy:

• Lepkosc,

• Czas żelowania (wydłużenie czasu żelowania jest możliwe dzieki

zastosowaniu inhibitorów).

b) Wielkosc zastosowanego podcisnienie:

• stosowane podcisnienie: od 0,5 do 1 bar,

• główny czynnik doboru wielkosci podcisnienia - gabaryty

wytwarzanego wyrobu.

c) Własciwosci materiałów zbrojenia:

• stała „k” – parametr okreslajacy zdolnosc do przesycania materiałów zbrojenia żywica w procesie infuzji żywicy,

Usprawnienia procesu wtrysku

Uplastycznienie konwencjonalne:

Predkosc plastyfikacji, tzn. ilosc gramów tworzywa na sekunde, jest bardzo ważnym kryterium w wyborze systemu plastyfikacji, szczególnie przy detalach produkowanych w tzw. szybkim cyklu. W konwencjonalnych slimakach trójstrefowych granulki tworzywa sa uplastyczniane w strefie zasilania. Jeżeli nieuplastycznione tworzywo odłaczy sie od podłoża, jest trudne do roztopienia w kolejnej fazie, ponieważ jest całkowicie otoczone przez termoizolacyjny materiał roztopiony

Uplastycznianie usprawnione – ślimaki barierowe (rapidmelt)

W koncepcji Rapidmelt, w przeciwienstwie do slimaków trójstrefowych, tak zwany slimak barierowy ułatwia przepływ ze strefy zasilania do otwartego drugiego kanału slimaka. Ta specjalna konstrukcja slimaka sprawia, że tylko całkowicie uplastycznione tworzywo może przepłynac do nastepnego kanału W kanale tym uplastycznione tworzywo ma wieksza zdolnosc do płynnego przejscia dalej, co z kolei zmniejsza efekt tarcia. Zapewnia to granulkom tworzywa ciagły kontakt z goracymi sciankami cylindra, co z kolei powoduje dobre uplastycznienie. Tak wiec tworzywo płynie poprzez strefe barierowa do strefy dozowania, gdzie w zależnosci od zapotrzebowania kontynuowane jest mieszanie i scinanie.

Zalety:

• wzrost szybkości uplastyczniania;

• zredukowanie siły ścinania;

• udoskonalenie homogenizacji termicznej i materiałowej

• redukcja czasu plastyfikacji

Wady:

• materiał zalega w strefach (jako ciało stałe)

• wysoka cena

• mniejsza objętość skoku slimaka

Zależność wydajnośći plastyfikacji od prędkości obrotowej ślimaka wtryskarki, dla ślimaka barierowego i konwencjonalnego

1) HDPE

2)PP

Ślimaki nietypowe – dwu- i trójstrefowe

Na czole ślimaka występują

a) elementy mieszające z tarczami zębnymi:

- dobra skuteczność mieszania

- mały spadek ciśnienia

- małe koszty wytworzenia

b) spiralny element ścinający:

- dobra skuteczność mieszania

- mały spadek ciśnienia

- małe koszty wytworzenia

Zalety stosowania:

- poprawa jakości powierzchni wyprasek (równomierna jakość)

- lepszy rozkład barwników

- zwiększona wydajność plastyfikacji – skrócenia czasu dozowania

- mniejsze zuzycie energii

- ograniczenie braków

Uwarunkowania prcesu w procesie:

- duża dawka dozowania

- stosowanie wysokich predkosci obrotowych

- krotki czas chłodznia

Głowice mieszające

- instalowane przed zaworem zwrotnym

Zadania:

- podział strumienia materiału – co najmniej dwa strumienie.

Zagrożenia:

- zmniejszenie wydajności

- spadek ciśnienia tworzywa

- możliwa degradacja

- zmniejszenia lepkości (czasami korzystne)

Mieszalniki statyczne i dynamiczne:

Zalety:

- zwiększona dyfuzja - lepszy stopien wymieszania barwnika

- lepsze właściwości mechaniczne wyrobu

Wady:

- ograniczona wydajność procesu (ograniczenie prędkości obrotowej wytłaczarki)

- możliwe porowatości w początkowej fazie procesu

- ograniczenia dla tworzyw o małej odporności na temperaturę

- ograniczenia dla PET i PVC – silna degradacja

- problem z mieszaniem tworzyw nie mieszalnych

- problem z czyszczeniem pakietów płytek

Wytłaczanie autotermiczne

Założenie:

strumień ciepła generowany wskutek tarcia tworzywa w układzie uplastyczniającym, może być wystarczający do przebiegu procesu wytłaczania.

Aby generowanie ciepła było wystarczające, prędkość obwodowa ślimaka powinna być większa niż 'w wytłaczaniu konwencjonalnym i wynosić do 1,5 m/s. Z uwagi na zmianę stanu skupienia tworzywa, a tym samym oporów tarcia wzdłuż układu uplastyczniającego, występują problemy w sterowaniu generowaniem ciepła, które mogą przejawiać się:

1) przegrzaniem i destrukcją tworzywa

2) konieczność zmiany prędkości ślimaka nawet dla tego samego tworzywa, ale rożnych partii, powoduje zmiany natężenia przepływu tworzywa

3) dużymi naprężeniami stycznymi w materiale ślimaka
4) metoda wytłaczania auto-termicznego nadaje się do tworzyw o dużym przedziale temperatury przetwórstwa jak np.: PE, PS lub PA.

Warunek zajścia procesu:

W przypadku wytłaczania jedno ślimakowego, aby nastąpił skuteczny ruch tworzywa w układzie uplastyczniającym, tarcie pomiędzy tworzywem a wewnętrzną powierzchnią cylindra musi być większe od tarcia pomiędzy tworzywem a powierzchnią ślimaka.

Strefy rowkowane

Wewnętrzna powierzchnia bardzo często w strefie zasypu wewnętrzna część cylindra jest rowkowana Rowkowanie strefy zasypu dokonywane jest najczęściej przez umieszczeni w tej części tulei rowkowanej

Charakterystyka:

- intensyfikacja tarcia

- konieczność chłodzenia w strefie zasilania – ograniczenia procesu rozgrzewania tworzywa.

- wszystkie wytłaczarki auto-termiczne posiadają grzejniki, które służą do rozpoczęcia procesu wytłaczania i do ewentualnych korekt tego procesu.

Schemat przekroju wzdłużnego strefy zasypu i zasilania układu uplastyczniającego wytłaczarki. 1 - otwór zasypowy. 2 - tuleja ze śrubowym nacięciem. 3 - kanały chłodzące. 4 - ślimak. 5 - cylinder.6 - tuleja chłodząca. 7 - tuleja z występami. S - przekładnia ślimakowa

Zalety

- duża sprawność

- małe jednostkowe zużycie energii

- bardziej jednorodne uplastycznianie

- dobra homogenizacja

- duża wydajność

- krótki, lecz wystarczającym czasem przebywania tworzywa w
układzie uplastyczniającym

- łatwiejszy transport

- wymagają mniej miejsca do zainstalowania

Wady

- duża trudność w sterowaniu generowania ciepła wzdłuż długości
układu uplastyczniającego, co może powodować przegrzanie a
nawet destrukcje tworzywa uniemożliwiając wytłaczanie wielu
tworzyw i pogarszając jakość wytłoczyny

- duży moment obrotowy powoduje znaczne naprężenia styczne

Stabilizacja procesu wtryskiwania – zmiana czasu chłodzenia

Czas chłodzenia wypraski uzależniony jest od:

- największej grubości ścianki wypraski, dlatego dąży się do pocieniania w miarę możliwości ścianek i żeber wyrobów

- temperatury wtrysku co przekłada się wprost na ilość ciepła jaka musi być usunięta przez system chłodzenia formy

- własności samego tworzywa sztucznego takich jak np. przewodność cieplna, czy wytrzymałość przy wypychaniu w podwyższonych temperaturach od temperatury formy. Aby zapewnić wy praską wyższą jakość stosuje się wyższe temp formy (T=60°C do 120°C) dla uzyskanie większej wydajności stosuje się niskie temp formy (T<20°C)

- dopuszczalnej temp. usuwania wypraski

Sposoby poprawy sprawności systemu chłodzenia form wtryskowych, wpływające wydatnie na skrócenie czasu chłodzenia(70% czasu cyklu)

• Materiały na formy wtryskowe pod kątem systemu chłodzenia

• Wywołanie przepływu turbulentnego w kanałach chłodzących

• Stosowanie Ciepłowodów

• Chłodzenie impulsowe

• System Contura (Technologia Hipermolding)

Chłodzenie impulsowe:

W systemie impulsowym, w początkowej fazie ciepło wypraski jest pochłaniane tylko i wyłącznie przez masę formy, a dopiero, gdy nastąpi odpowiednie wypełnienie cieplne formy, co zasygnalizują czujniki, następuje otwarcie zaworów z medium chłodzącym.

Zaletą takiego rozwiązania jest to iż tworzywo wpływające do gniazda nie jest natychmiast intensywnie chłodzone,

Zalety systemu:

• krótszy czas cyklu osiągany poprzez intensywniejsze chłodzenie
formy w fazie chłodzenia wypraski,

• lepsza jakość wyprasek,

• zmniejszone zużycie energii i wody,

• mniej naprężeń wewnętrznych w wyprasce,

• mniej braków.

System Contura - Hipermolding

Celem jest uzyskanie skrócenia czasu cyklu wtryskiwania poprzez optymalizację usytuowania kanałów chłodzących w formie wtryskowej. Metoda wytwarzania form z kanałami chłodzącymi dostosowanymi do kształtu gniazda formującego tzw. kanałami ”konformalnymi”. Dzięki usytuowaniu kanałów chłodzących w optymalnej odległości od powierzchni gniazda formującego jest możliwe dużo lepsze i skuteczniejsze ochładzanie wypraski

Chłodzenie konturowe polega na możliwie największym możliwym zbliżeniu kanałów chłodzących i właściwym ich usytuowaniu względem, wypraski. Jest to możliwe dzięki technologii dzielenia elementów gniazda (stempla, matryc) na plastry. Dalej na powierzchniach podziału, przy pomocy frezowania, wykonuje się rowki pełniące role kanałów chłodzących. Ostatnim etapem jest połączenie wszystkich elementów w jedną całość za pomocą zgrzewania dyfuzyjnego w próżni.