Polimery:
Tworzywa sztuczne lub plastiki, materiały organiczne złożone ze związków węgla,
Tworzone są z takich pierwiastków jak węgiel, wodór i inne pierwiastki niemetaliczne z prawego górnego rogu układu okresowego.
Polimery są makrocząsteczkami i powstają w wyniku połączenia wiązaniami kowalencyjnymi w łańcuchy wielu grup atomów zwanych monomerami jednego lub kilku rodzajów.
Podział polimerów (ze względu na własności związane z procesami technologicznymi przetwórstwa) SLAJD 8
Plastomery- charakteryzują się wydłużeniem przy rozerwaniu nieprzekraczającym 200%
Elastomery – materiały polimerowe, które przy małych naprężeniach wykazują duże odkształcenie (do 100%), gdyż temperatura ich zeszklenia jest niższa od temperatury pokojowej
Metody wytwarzania polimerów:
Wytłaczanie
Rozdmuchiwanie
Wtryskiwanie
Termoforming (kształtowanie termiczne)
Kalandrowanie
Przędzienie
WYTŁACZANIE:
Proces otrzymania wyrobów lub półwyrobów (w postaci profilów, płyt lub folii) z tworzyw polimerowych.
Polega na uplastycznieniu materiału w układzie uplastyczniającym wytłaczarki, a następnie jego ukształtowaniu poprzez wyciskanie przez ustnik, znajdujący się w głowicy.
Cele
Formowanie – uplastyczniony materiał na skutek dużego ciśnienia wytworzonego w układzie uplastyczniającym wytłaczarki jest przeciskany przez odpowiednio ukształtowany ustnik, który nadaje dany kształt formowanemu tworzyw.
Materiały jednorodne (czyste polimery)-> wytłaczarki jednoślimakowe
Materiały wrażliwe termicznie(jak PVC)-> wytłaczarki dwuślimakowe.
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/dob., 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.
W celu wytwarzania różnych elementów kształtowych np.: taśm, płyt, rur, węży, osłon kabli i przewodów.
Rodzaje mieszania:
mieszanie ścinające (ścierające), związane przyśpieszeniem procesu uplastyczniania materiału oraz rozdrabniania cząstek dodatków (np. pigmentów),
mieszanie rozprowadzające, odpowiedzialne za homogenizację składu i temperatury materiału
Budowa wytłaczarki:
Układ formujący (głowica zakończona ustnikiem),
Lej zasypowy,
Układ uplastyczniający: grzałki,
Obudowa,
ślimak.
Proces 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) 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 obwiednią prędkością do głowicy, gdzie materiał jest formowany, przyjmując kształt ustnika.
Strefa zasilania: (transport 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.
Strefa 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. Teoretycznie uplastycznienie tworzywa powinno być zakończone w tej strefie.
WTRYSKIWANIE:
Wtryskiwanie to proces cykliczny, w którym materiał wyjściowy w postaci granulek, krajanki lub taśmy, podany z pojemnika poprzez lej zasilający do ogrzewanego cylindra, uplastycznia się i następnie jest wtryskiwany przez dyszę i tuleję wtryskową do gniazd formujących. Następnie w formie wtryskowej następuje zestalenie się tworzywa (termoplasty) lub usieciowanie (elastomery i tworzywa termoutwardzalne). W zależności od użytego materiału czas procesu zawiera się w granicach od kilku sekund (dla tworzyw termoplastycznych) do kilkunastu minut (dla elastomerów oraz duroplastów).
W przypadku termoplastów realizacja procesu wtryskiwania wymaga przeprowadzenia tworzywa w stan płynny (150-3150C). Temperatura formy podczas wtryskiwania tworzyw termoplastycznych jest niższa w porównaniu z wtryskiwaniem mieszanek kauczukowych lub tworzyw termoutwardzalnych. Dla termoplastów stosuje się temperaturę zazwyczaj 20-500C. Natomiast dla elastomerów lub tworzyw termoutwardzalnych wynosi: 160-1900C.
Produkty: Kunki, grzebienie, koła zębate
Rodzaje procesów wtryskiwania
Wtryskiwanie termoplastów,
Wtryskiwanie elastomerów,
Wtryskiwanie tworzyw termoutwardzalnych,
Konwencjonalne,
Dokładnościowe,
Wieloskładnikowe,
Wysokotemperaturowe,
Wspomagane gazem,
Porujące.
Wyróżniamy kilka rodzajów procesów wtryskiwania:
Wtryskiwanie termoplastów
Wtryskiwanie termoplastów jest to proces cykliczny, w którym materiał wyjściowy w postaci granulek lub krajanki, podany z pojemnika do ogrzanego cylindra, uplastycznia się i następnie jest wtryskiwany przez dyszę i tuleję wlewka do gniazd formującego. Tworzywo zestala się w nich, a następnie jest usuwane z formy w postaci gotowej wypraski, po czym cykl procesu rozpoczyna się od nowa. W przypadku termoplastów realizacja procesu wtryskiwania wymaga przeprowadzenia tworzywa w stan płynny. Dlatego też konieczne jest zastosowanie wysokiej temperatury cylindra, w zależności od tworzywa wynosi: 150-3150C. Temperatura formy natomiast charakteryzuje się dużo niższą temperaturą, ze względu na konieczność zestalenia tworzywa (10-200C lub 60-1200C - przy produkcji wyrobów jakościowych technicznych).
Wtryskiwanie elastomerów
Wtryskiwanie elastomerów. Ogólna charakterystyka temperaturowa procesu jest podobna jak w przypadku wtryskiwania tworzyw utwardzalnych ale temperatura formy wtryskowej osiąga wartość nawet 2400C. Wymagana jest wysoka wartość ciśnienie wtryskiwania.
Wtryskiwanie tworzyw termoutwardzalnych
Wtryskiwanie to odznacza się następującymi cechami głównymi. Celem uniknięcia przedwczesnego procesu sieciowania tworzywa zastosowano kilka metod przeciwdziałania temu zjawisku. Temperatura cylindra wtryskowego wzdłuż jego długości podnosi się łagodnie osiągając najwyższą wartość w dyszy (zazwyczaj <1000C). Temperatura formy wtryskowej jest znacznie wyższa od temperatury dyszy (o 70-90%; około 150-2000C).
Konwencjonalne
Wtryskiwanie konwencjonalne – wtryskiwanie przebiegające zgodnie z konwencjonalnym cyklem procesu wtryskiwania:
Zamykanie – wtrysk – docisk – uplastycznianie – otwieranie – przerwa
Dokładnościowe
Wtryskiwanie dokładnościowe jest to proces wtryskiwania o ściśle ustalonych cechach jakościowych, głównie tolerancji wymiaru, kształtu i położenia. Odznacza się ono zawężonym zakresami wartości parametrów wtryskiwania , stosowaniem statystycznych metod sterowania jakością i dużymi kosztami.
Wtryskiwanie wieloskładnikowe
Wtryskiwanie wieloskładnikowe proces wtryskiwanie za pomocą którego otrzymuje się wypraskę wielotworzywową z jednoczesnym użyciem kilku wtryskarek i jednej formy wtryskowej. Liczba tworzyw wynosi zazwyczaj od 2 do 3 i jest równa liczbie użytych wtryskarek.
Wtryskiwanie wysokotemperaturowe
Wtryskiwanie niskociśnieniowe - zwane też odlewaniem wtryskowym charakteryzuje się tym, że wypełnianie gniazda formy wtryskowej odbywa się przy obracającym się ślimaku o stożkowym i uzwojonym zakończeniu, utrzymywanym w przednim położeniu bezpośrednio przy dyszy wtryskowej, co powoduje szybkie doprowadzanie tworzywa do żądanej temperatury i ułatwiania wypełniania gniazda formującego. Wtryskiwanie niskociśnieniowe stosuje się do wytwarzania przedmiotów grubościennych o dużych wymaganiach co do wymiarów, kształtu i położenia.
Wtryskiwanie wspomagane gazem
Metoda ta polega na wtryśnięciu do gniazda formy pewnej ilości tworzywa, a następnie za pomocą specjalnej dyszy wprowadza się do wypraski wstępnej gaz pod wysokim ciśnieniem (do 300bar) formując za jego pomocą pustą przestrzeń lub puste przestrzenie w wyprasce, a następnie wtryskuje się pozostała część tworzywa. W efekcie wytwarza się wypraski wewnątrz puste. Za pomocą tej techniki można otrzymywać kształtki wtryskowe o różnych grubościach ścianek co prowadzi do oszczędności surowca, przy zredukowanym czasie chłodzenia.
Typy wtryskiwarek:
wtryskarki ślimakowe
wtryskarki tłokowe
wtryskarki tłokowo-ślimakowe (uniwersalne)
Najczęściej stosowanymi wtryskarkami są wtryskarki tłokowo-ślimakowe.
We wtryskarkach tego typu ślimak w urządzeniu uplastyczniającym jest zależnie od etapu cyklu pracy albo narzędziem uplastyczniającym i transportującym mieszankę z leja załadowawczego do komory wtryskowej ślimaka albo też działa jak tłok wymuszający bardzo szybkie przemieszczenie podgrzanej i uplastycznionej mieszanki do gniazda formy w zespole odbiorczym.
GŁOWNE ELEMENTY BODWY WTRSYSKARKI
Układ uplastyczniający
Układ narzędziowy
Układ napędowy
Układ uplastyczniający:
Zespół uplastyczniająco-wtryskowy złożony jest (w przypadku wtryskarki tłokowo-ślimakowej) ze ślimaka obracającego się w cylindrze, połączonego poprzez łożysko ślizgowe wzdłużne i tłoczysko z tłokiem cylindra hydraulicznego wymuszającego poosiowe przesuwanie ślimaka.
1-ślimak;
2-cylinder;
3-korpus dyszy;
4-zasobnik tworzywa;
G-masowe natężenie przepływu przez układ uplastyczniający
Główne elementy budowy układu uplastyczniającego:
cylinder
Jest to komora robocza, ogrzewana lub chłodzona w jednej lub częściej w wielu strefach, zaopatrzona w lej załadowczy (zasypowy), przez który do cylindra wprowadzany jest surowiec w postaci taśmy lub granulatu.
Ślimak
Jest to podstawowy element konstrukcyjny układu uplastyczniającego, obracający się w komorze wytłaczarki.
Strefy ślimaka
W celu zapewnienia poprawnego przebiegu procesów w układzie jednoślimakowym, ślimak jest podzielony umownie na następujące podstawowe strefy:
strefa zasypu (I)
strefa zasilania (II)
strefa sprężania (III)
strefa dozowania (IV)
Dysza wtryskowa
Dysza wtryskowa - element konstrukcyjny cylindra wtryskowego stanowiący jego zakończenie. Końcówka dyszy wtryskowej zazwyczaj jest kulista i dociskana tuż przed fazą wtrysku, do powierzchni kulistej nieco większej średnicy, tulei wtryskowej formy wtryskowej.
Zespół narzędziowy
Zespół narzędziowy składa się z następujących elementów:
zespół narzędzia (forma wtryskowa + 2 stoły wtryskarki)
zespół zamykająco - otwierający (prowadnice, dźwignie, siłowniki hydrauliczne, płyta
oporowa)
Zespół napędu
Konwencjonalny zespół napędu składa się z tylu podzespołów, ile jest siłowników i silników hydraulicznych. Każdy podzespół składa się z rozdzielacza, regulatora ciśnienia, regulatora przepływu, zaworów zwrotnych i zaworów bezpieczeństwa. Wszystkie podzespoły zasilane są najczęściej przez układ dwóch pomp: jednej o dużym wydatku i niskim ciśnieniu oraz drugiej o małym wydatku i wysokim ciśnieniu oleju (ok. 160 bar)
Schemat budowy wtryskiwarki:
siłownik napędu stołu,
kolumny prowadzące stół,
nakrętki do nastawiania wysokości formy,
stół tylny nieruchomy przestawny,
zespół kolumnowo- dźwigniowy,
stół ruchomy,
zderzak wtryskarki,
stół przedni nieruchomy,
cylinder wtryskowy,
dysza wtryskarki,
11- ślimak,
grzejnik,
chłodzenie strefy zasypowej cylindra,
lej zasypowy,
silnik napędu ruchu obrotowego ślimaka,
siłownik przesuwu ślimaka,
prowadnice agregatu wtryskowego,
zbiornik oleju układu hydraulicznego,
siłownik przesuwu cylindra,
dławik,
regulator ciśnienia oleju układu hydraulicznego
Cykl procesu wtryskiwania
Pełen cykl procesu wtryskiwania składa się z następujących etapów pracy:
Zamknięcie formy i jej gotowość do cyklu wtrysku.
Dosuwanie układu uplastyczniającego do zespołu odbiorczego przez układ hydrauliczny, (zespolenie dyszy wtryskowej z kanałem wtryskowym formy).
Wtrysk polimeru do gniazda formy, spowodowany ruchem poosiowym ślimaka (ślimak w roli tłoka), wymuszonym przez układ hydrauliczny poosiowego przemieszczania ślimaka.
Docisk - uzupełnienie tworzywa w gnieździe formy, poprzez nieduże dosunięcie ślimaka lub tłoka wtryskowego w celu wyrównania zmniejszania się objętości tworzywa w wyniku skurczu pierwotnego.
„Przetrzymanie” - zamykanie kanału wtryskowego przez dyszę układu wtryskowego przez czas konieczny do rozpoczęcia wulkanizacji mieszanki lub sieciowania żywicy (faza stosowania głównie dla mieszanek gumowych lub tworzyw utwardzalnych).
Cofnięcie się układu uplastyczniająco-wtryskowego, pobieranie kolejnych porcji polimeru z leja zasypowego. Obracający się w cylindrze ślimak pobiera tworzywo (granulat lub taśma) z leja zasypowego i przemieszcza ją do komory wtryskowej, obok ruchu obrotowego ślimaka jest jego ruch poosiowy- cofanie się na wcześniej ustaloną odległość, co decyduje o objętości tworzywa zgromadzonego w komorze wtryskowej.
W tym samym czasie w formie wtryskowej następuje zestalenie (tworzywa termoplastyczne) lub sieciowanie (elastomery, duroplasty). Po tym procesie następuje otwarcie, rozładowanie, oczyszczenie i zamknięcie formy. Zespół odbiorczy gotowy do kolejnego cyklu wtryskiwania. Cykl powtarza się.