WTRYSKIWANIE

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.

ODMIANY WTRYSKIWANIA

1. Wtryskiwanie tworzyw termoutwardzalnych- w czasie nagrzewania których zachodzą dwa przeciwdziałające sobie zjawiska: uplastycznianie i następnie stapianie oraz polimeryzacja, której skutkiem jest utwardzanie tworzywa. Tworzywo w układzie uplastyczniającym ulega niecałkowitemu uplastycznieniu. Utwardzanie tworzywa zachodzi w gnieździe formy, która jest ogrzewana.

2. Wtryskiwanie wielokomponentowe - może być prowadzone w różnych wariantach. Wypraska może składać się z różnych tworzyw lub z tych samych tworzyw o różnych kolorach (wtryskiwanie wielokolorowe).

3. Wtryskiwanie wyprasek porowatych - uzyskuje się przede wszystkim dzięki wprowadzeniu do tworzywa wejściowego poroforu rozkładającego się w procesie przetwórstwa. Wypraska porowata ma litą warstwę zewnętrzną - naskórek różnej grubości, a rdzeń porowaty.

4. 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 poprzednim 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.

5. Wtryskiwanie wspomagane gazem obojętnym - po wprowadzeniu do formy niewielkiej porcji tworzywa zostaje wprowadzony sprężony azot (ok. 30 MPa), który je rozdmuchuje. Stosowane przy produkcji wyrobów o przekroju zamkniętym, czego nie można uzyskać w innych procesach. Stosowane również dla uzyskania dużej sztywności przekroju przy zachowaniu cienkościenności wypraski.

6. Wtryskiwanie z doprasowaniem - gniazda formy zamykają się teleskopowo; tworzywo jest ściskane przez cały czas ochładzania;

7. Wtryskiwanie z rozdmuchiwaniem - po wtryśnięciu część stemplowa formy z niezastygniętym tworzywem zostaje przesunięte do innej formy o kształcie np.; butelki. W wyniku rozdmuchu i ochłodzenia kształt zostaje utrwalony.

8. Wtryskiwanie termoutwardzalnych elastomerów - usieciowanie tworzywa lub gumy następuje dopiero w gorącej formie wtryskowej o temperaturze ok. 180°C.

9. Wtryskiwanie żywic i kauczuków dwuskładnikowych - dwa komponenty żywicy lub np. kauczuku silikonowego doprowadzane są przez małe pompy i urządzenia mieszające do cylindra wtryskowego. Przyśpieszone sieciowanie odbywa się w gorącej formie wtryskowej.

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.

Przebieg procesu wtrysku określają następujące parametry:

- Ciśnienie wtrysku Pw - największe ciśnienie tworzywa panujące w cylindrze wtryskowym na czole ślimaka lub tłoka podczas wypełniania formy.

- Ciśnienie docisku Pd - ciśnienie tworzywa na czole ślimaka lub tłoka wtryskowego podczas uzupełniania ubytków skurczowych tworzywa w formie.

- Ciśnienie spiętrzenia (przeciwciśnienie) Ps - ciśnienie tworzywa w przedniej części cylindra podczas pobierania surowca przez obracający się ślimak.

- Temperatura wtrysku Tw - temperatura cylindra niezbędna do właściwego uplastyczniania tworzywa, podawana dla ostatniej (przedniej) strefy cylindra.

- Temperatura stref formy Tf1, Tf2

- Temperatura formy Tf - średnia temperatura na powierzchni gniazda formy.

- Czas cyklu tc

- Czas wtrysku tw - czas wypełniania formy tworzywem, wynikający z prędkości wtrysku.

- Czas docisku td - czas trwania ciśnienia docisku.

- Czas chłodzenia tch - czas zamknięcia formy do momentu zakończenia wtrysku.

- Czas przerwy tp - czas obejmujący otwieranie formy, usuwanie wypraski i inne manipulacje, zamykanie formy

- Poszczególne czasy otwierania i zamykania formy, oraz dosuwania i odsuwania cylindra tm

- Objętość wtryskiwania Vw

- Objętość docisku Vd

- Objętość dekompresji Vdk

- Prędkość wtryskiwania vw

- Prędkość zamykania formy vz

- Prędkość otwierania formy vo

- Prędkość wypychania wypraski vu

- Prędkość dosuwania i odsuwania cylindra vcyl

- Siła zamykania formy Fz

- Siła otwierania formy Fo

- Siła wypychania wypraski Fu

- Siła docisku dyszy Fcyl

Na ogół należy ustalić takie warunki procesu wtryskiwania, aby uzyskać wypraski o odpowiedniej jakości przy jak największej wydajności. Dla sprawniejszego wypychania wyprasek z gniazd formy wtryskowej stosuje się powłoki środków przeciwprzyczepnych, którymi powleka się powierzchnie gniazda.

FORMA WTRYSKOWA

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.

WTŁACZANIE

Wytłaczanie polega na wyciskaniu uplastycznionego tworzywa przez dyszę wytłaczarki, która nadaje gotowy kształt formowanemu przekrojowi. Dysza znajduje się w głowicy wytłaczarki, do której ślimak podaje uplastycznione tworzywo.

W wytłaczarkach układ plastyfikujący, składający się ze współpracujących ze sobą ślimaka i cylindra, można podzielić na trzy strefy: zasilania, sprężania i dozowania.

PRASOWANIE

Prasowanie jest technologią przetwórstwa głównie z grupy duroplastów mających szczególne zastosowanie w wyrobach przemysłu elektrotechnicznego i przetwórstwie tworzyw zbrojonych włóknami ciągłymi i matami. Technologia ta polega na cyklicznym powtarzniu następujących czynności:

- wprowadzaniu tworzywa do gniazda formującego

- kohezyjnym łączeniu ziarn lub częściej jego uplastycznianie

- stapianie

- utwardzanie bądź zestalanie

- wyjęcie przedmiotu z gniazda (tzw. wypraskę)

Warunki przetwórstwa tłoczywa są określone przez rodzaj żywicy i napełniacza. Poza tym każdy typ tłoczywa posiada szereg cech zmien-nych. Wpływają one na warunki prasowania i własności przetwórcze tłoczywa i są to:

płynność tłoczywa, wilgotność, ciężar nasypowy

Prasowanie wysokociśnieniowe tłoczne

Cykl prasowania tłocznego można podzielić na następujące etapy:

- załadowanie tłoczywa do formy

- podgrzania wstępne

- odpowietrzenie

- przyłożenie pełnego ciśnienia i zamknięcie formy

- utwardzenie tłoczywa

- otworzenie formy i wyrzucenie wypraski

- oczyszczenie formy

W dalszej kolejności można wydzielić też czynności związane z usunięciem nadlewów, polerowanie i wygrzewanie.

Cykl procesu prasowania tłocznego, obejmujący: napełnianie - zamykanie - sprasowanie - otwieranie - przerwę, może być przedstawiony graficznie. Zależność drogi stołu ruchomego prasy i ciśnie-nia panującego na czole stempla, zwanego ciśnieniem prasowania, od czasu prasowania pokazano w sposób poglądowy na rysunku.

Czas cyklu prasowania składa się z sumy czasów poszczególnych faz składowych, natomiast czas prasowania składa się z czasów nagrzewania tworzywa i jego utwardzania.

Temperatura prasowania zależy głownie od rodzaju tworzywa prasowanego; w przypadku tworzyw utwardzalnych zwykle wynosi 140 - 200 [C] (413- 473 [K]). Jest ona ściśle związana z czasem prasowania i grubością ścianki wypraski, a mianowicie wzrost temperatury z jednej strony skraca czas prasowania przy danej grubości ścianki, z drugiej zaś strony powoduje możliwość stosowania grubszych ścianek wypraski przy danym czasie prasowania.

Forma do prasowania tłocznego, zwana formą tłoczną, składa się na ogół z dwóch podzespołów: podzespołu mocowanego do ruchomego stołu prasy zwanego podzespołem ruchomym, i po-dzespołu mocowanego do nieruchomego stołu prasy, zwanego podzespołem nieruchomym.

Zamknięcie formy tłocznej może być stykowe, teleskopowe, stykowo-teleskopowe i teleskopowo-stykowe. W przypadku formy o zamknięciu stykowym tworzywo wejściowe jest bezpośrednio wprowadzane wyłącznie do gniazda formującego, natomiast w przypadkach zamknięć pozostałych tworzywo wejściowe wprowadza się nie tylko do gniazda, ale również w obszar znajdujący się nad nim - do komory zasypowej.

Rodzaje zamknięcia formy tłocznej:

- stykowe

- teleskopowe

- stykowo-teleskopowe

- teleskopowo-stykowe

Prasowanie wysokociśnieniowe przetłoczne

Prasowanie przetłoczne - różni się od prasowania tłocznego sposobem doprowadzania tłoczywa do gniazda formującego. Prasowanie przetłoczne może być przeprowadzane przy użyciu prasy podwójnego działania:

- pionowej

- poziomej

Tłoczywo nie jest wprowadzone bezpośrednio do gniazda lecz do komory przetłocznej (4) a z niej w stanie plastycznym jest przetłaczane pod działaniem tłoka - przetłocznika (8) przez kanał przetłoczny (6) do gniazda formującego (2).

W porównaniu z prasowaniem tłocznym metoda ta daje szereg korzyści ekonomicznych i technologicznych takich jak:

- większą szybkość utwardzania

- mniejsze ścieranie się powierzchni form

- mniejsze odkształcenie cienkich wkładek metalowych

- lepszą jednorodność wyprasek w całej masie

- lepszy wygląd powierzchni oraz lepsze własności dielektryczne

- możliwość formowania wyprasek o skomplikowanych kształtach i z delikatnymi zapraskami, których nie da się uzyskać w formach tłocznych

Warunki prasowania przetłocznego różnią się od warunków prasowania tłocznego. ścisłe określenie i zachowywanie ciśnień, temperatur i czasów formowania stanowi podstawowy warunek dobrych wyników i wydajności. Temperatura powinna być regulowana jeszcze dokładniej niż przy prasowaniu tłocznym i jest zwykle trochę niższa ze względu dodatkowe nagrzewanie się tłoczywa na skutek tarcia podczas przetłaczania. Wynosi ona:

- dla tłoczyw mocznikowych 125 - 140 [C] (358 - 413 [K])

- dla tłoczyw melaminowych 135 - 150 [C] (408 - 423 [K])

- dla tłoczyw fenolowych 150 - 170 [C] (423 - 433 [K]) - 180 - 190 [C] (453 - 463 [K]).

Forma do prasowania przetłocznego, zwana formą przetłoczną, składa się w istocie z takich samych podzespołów, układów i elementów co forma tłoczna, z tą różnicą, że ma komorę przetłoczną. Na rysunku pokazano przykładową formę przetłoczną do tworzyw utwardzalnych.

Prasowanie niskociśnieniowe

Prasowaniem niskociśnieniowym nazywa się umownie proces, w którym ciśnienie prasowania nie przekracza (z nielicznymi wyjątkami) 2 MPa, a zwykle jest niższe. Stosuje się je głównie do tworzyw utwardzających się w wyniku:

- polimeryzacji addycyjnej

- kopolimeryzacji rodnikowej

Stosuje się je najczęściej do produkcji wyrobów z laminatów, w których spoiwem są tu żywice:

- poliestrowe

- epoksydowe

Prasowanie niskociśnieniowe laminatów w temperaturze normalnej polega zazwyczaj na:

- ułożeniu w gnieździe formującym odpowiedniej liczby arkuszy napełniacza, zgodnie z żądanym ukierunkowaniem elementów makrostruktury

- wprowadzeniu do gniazda mieszaniny żywicy z innymi niezbędnymi składnikami

- zamknięciu formy

- wywarciu ciśnienia

- przeprowadzeniu odpowiedniego rodzaju polimeryzacji bądź kopolimeryzacji

Można prasować laminaty wykorzystujące ciśnienie powietrza:

- obniżone, wówczas proces ten nazywa się prasowaniem pneumatycznym próżniowym,

Prasowanie niskociśnieniowe laminatów w temperaturze podwyższonej przebiega podobnie jak poprzednio, z tym, że forma ma grzejniki lub kanały grzejne. Prasy są górno- lub dolnocylindrowe i odznaczają się dużymi powierzchniami stołów i regulowaną prędkością ruchu stołu. W wyniku tej odmiany prasowania uzyskuje się przedmioty o zazwyczaj korzystniejszych właściwościach. Za pomocą prasowania niskociśnieniowego w temperaturze podwyższonej można wytwarzać laminaty porowate, które są stosowane m.in. na deski surfingowe, łopaty śmigieł siłowni wiatrowych i spoilery samochodowe.

---