Proces formowania wtryskowego przezroczystych tworzyw sztucznych

◆Charakterystyka typowych przezroczystych tworzyw sztucznych

Przezroczyste tworzywa sztuczne i ich właściwości wtryskowe

 

Dzięki ciągłemu postępowi w badaniach i rozwoju materiałów coraz większa liczba materiałów optycznych nadaje się do wytwarzania produktów przezroczystych. Biorąc za przykład soczewki optyczne, szeroko stosowane w produktach optycznych o wysokich wymaganiach jakościowych i złożonej technologii formowania wtryskowego, jak pokazano na rysunku, materiał do formowania wtryskowego zwykłych soczewek plastikowych jest często wybierany ze względu na niski koszt, wysoką wydajność produkcji, dużą stabilność i wysoką przepuszczalność. W porównaniu do surowców plastikowych do produkcji zwykłych soczewek z tworzyw sztucznych, wymagania dotyczące materiałów do formowania wtryskowego do soczewek z tworzyw sztucznych z zakresu optyki obrazowej są jeszcze bardziej rygorystyczne. Surowiec z tworzywa sztucznego musi nie tylko posiadać takie cechy, jak wysoka przezroczystość, dobre właściwości mechaniczne, duża stabilność i dobra płynność, ale wybór materiału musi również opierać się na określonych cechach użytkowych, takich jak współczynnik załamania światła.

Powszechnie stosowane materiały do ​​formowania wtryskowego do obrazowania soczewek optycznych z tworzyw sztucznych obejmują polimetakrylan metylu (PMMA), poliwęglan (PC) i cykliczne polimery olefinowe (COP). Wśród nich-przezroczysty PMMA jest szeroko stosowany przy formowaniu wtryskowym soczewek plastikowych. PMMA jest wykorzystywane nie tylko do produkcji soczewek plastikowych o średniej-do-małej precyzji-, takich jak soczewki kondensorów, soczewki Fresnela, soczewki projekcyjne i soczewki reflektorów samochodowych, ale także w-precyzyjnych soczewkach z tworzyw sztucznych, takich jak soczewki do drukarek laserowych, obiektywy do aparatów fotograficznych, soczewki do telefonów komórkowych i soczewki do czytników CD/DVD. PMMA charakteryzuje się wysoką wytrzymałością i twardością, a także właściwościami optycznymi, takimi jak wysoka liczba Abbego i niska dwójłomność. Jednakże PMMA jako surowiec plastyczny do soczewek optycznych nadal stwarza szereg wyzwań. Na przykład w wilgotnych warunkach absorpcja wody przez PMMA powoduje zmiany współczynnika załamania światła soczewki z tworzywa sztucznego, co powoduje zwiększenie objętości i zmianę ogólnych wymiarów konstrukcyjnych. Ponadto temperatura zeszklenia PMMA wynosi 100 stopni, a odporność cieplna soczewek plastikowych jest stosunkowo słaba, co znacznie ogranicza zakres zastosowań PMMA.

 

Poliwęglan (PC) to powszechnie stosowany materiał optyczny, szeroko stosowany w soczewkach reflektorów samochodowych, soczewkach-rozpraszających wiązkę i innych soczewkach optycznych. PC charakteryzuje się wysoką przezroczystością, odpornością na ciepło, wysoką wytrzymałością i wysokim współczynnikiem załamania światła i jest uważany za jeden z tworzyw sztucznych o najlepszej udarności. Jednak obiektywy PC nadal mają istotne wady. Na przykład współczynnik fotoelastyki soczewek PC jest kilkakrotnie wyższy niż współczynnik PMMA, co powoduje wyraźny efekt dwójłomności, który poważnie wpływa na jakość obrazowania optycznego soczewki z tworzywa sztucznego. Ponadto materiał PC charakteryzuje się dużym współczynnikiem skurczu, co sprawia, że ​​soczewki plastikowe są bardzo podatne na odkształcenia, przy większym stopniu odkształcenia niż PMMA.

 

Cykliczne polimery olefinowe (COP) to polimery-palców pierścieniowych syntetyzowane przy użyciu cyklicznych olefin jako monomerów. COP charakteryzują się wysoką przezroczystością, niską higroskopijnością, niską dwójłomnością i dobrą przetwarzalnością. Ponadto COP wykazują doskonałą stabilność środowiskową, pozostając strukturalnie niezmienione nawet po absorpcji wilgoci i są często stosowane jako substytut PMMA w tworzywach sztucznych. Jednakże COP są niezwykle drogie, kosztują około dziesięć razy więcej niż PMMA. Stosowanie COP jako materiału do formowania wtryskowego znacznie zwiększa koszty produkcji soczewek plastikowych.

Ogólnie rzecz biorąc, soczewki wykonane z PC wykazują znaczną dwójłomność, co utrudnia zagwarantowanie jakości obrazu. COP i PMMA oferują niezrównane korzyści pod względem właściwości mechanicznych i stabilności strukturalnej. Jednakże COP jest niezwykle kosztowna, zwiększa koszty produkcji i narusza zasady ekonomiczne. Z drugiej strony PMMA jest stosunkowo niedrogi i ma duże zapasy na rynku, dzięki czemu nadaje się do produkcji tanich-o-wysokiej wydajności optycznych soczewek plastikowych do obrazowania. Ponadto właściwości płynięcia stopu PMMA można poprawić poprzez zmianę parametrów procesu formowania wtryskowego, co pozwala na precyzyjne odtworzenie morfologii powierzchni formy wtryskowej.

Technologia wtrysku tworzyw przezroczystych

 

Ponieważprzezroczyste tworzywa sztucznewymagają wysokiej przepuszczalności światła, jakość powierzchni wyrobów z tworzyw sztucznych musi być ściśle kontrolowana. Niedopuszczalne są wady takie jak przebarwienia, pory, wybielenia, zmętnienia, czarne plamy, przebarwienia i słaby połysk. Dlatego cały proces formowania wtryskowego wymaga skrupulatnej uwagi i rygorystycznych, wręcz specjalistycznych, wymagań dotyczących surowców, sprzętu, form, a nawet projektu produktu.

Po drugie, ze względu na wysoką temperaturę topnienia i słabą płynność przezroczystych tworzyw sztucznych, często konieczne jest dokładne dostosowanie parametrów procesu, takich jak temperatura maszyny, ciśnienie wtrysku i prędkość wtrysku, aby zapewnić jakość powierzchni. Zapewnia to całkowite wypełnienie formy bez wytwarzania naprężeń wewnętrznych, które mogłyby prowadzić do deformacji i pękania produktu. W poniższej sekcji przeanalizowano kluczowe kwestie dotyczące przygotowania surowców, wymagań dotyczących sprzętu i formy, procesów formowania wtryskowego oraz obchodzenia się z surowcami.

Kluczowe punkty techniczne przed wtryskiem

Przygotowanie i suszenie surowca

Ponieważ nawet najmniejsze zanieczyszczenia w plastiku mogą mieć wpływ na przezroczystość produktu, niezwykle ważne jest utrzymanie szczelnego zamknięcia podczas przechowywania, transportu i podawania, aby mieć pewność, że surowce są całkowicie czyste. W szczególności obecność wilgoci w surowcach może powodować pogorszenie jakości po podgrzaniu, dlatego niezbędne jest dokładne suszenie. Podczas formowania wtryskowego do podawania należy używać leja suszącego. Należy również pamiętać, że powietrze wprowadzane podczas procesu suszenia powinno być w idealnym przypadku filtrowane i osuszane, aby zapobiec zanieczyszczeniu surowców.

Czyszczenie lufy, ślimaka i akcesoriów

 

Aby zapobiec zanieczyszczeniu surowca oraz gromadzeniu się starego materiału lub zanieczyszczeń w ślimaku i jego akcesoriach, należy zwrócić szczególną uwagę na zapobieganie zatrzymywaniu się starego materiału o słabej stabilności termicznej. Przed i po użyciu wtryskarkę należy dokładnie oczyścić środkiem do czyszczenia śrub, aby wszystkie elementy wtrysku były wolne od zanieczyszczeń. Jeśli nie jest dostępny środek do czyszczenia śrub, do czyszczenia śruby można użyć tworzywa PE lub PS. Podczas tymczasowych przestojów, aby zapobiec degradacji spowodowanej długotrwałym narażeniem surowca na działanie wysokich temperatur, należy obniżyć temperaturę suszarni i bębna. W przypadku produkcji PC, PMMA lub innych tworzyw sztucznych temperaturę beczki należy obniżyć do poniżej 160 stopni. Ponadto, jeśli jako surowiec stosuje się PC, temperaturę suszenia leja zasypowego należy obniżyć do poniżej 100 stopni.

Zagadnienia do rozważenia przy projektowaniu form (w tym projektowaniu produktu)

Aby zapobiec nieprawidłowemu formowaniu tworzywa sztucznego, defektom powierzchni i pogorszeniu spowodowanemu słabym rozpływem lub nierównomiernym chłodzeniem, podczas projektowania formy należy ogólnie wziąć pod uwagę następujące punkty.

Kwestie do rozważenia w procesach formowania wtryskowego (w tym wymagania dotyczące maszyn do formowania wtryskowego)

Inne kwestie

 

Aby zapobiec pogorszeniu się jakości powierzchni, podczas formowania wtryskowego należy oszczędnie stosować środki antyadhezyjne; ilość materiału poddanego recyklingowi nie powinna przekraczać 20%. Z wyjątkiem PET wszystkie produkty należy-poddawać obróbce końcowej w celu złagodzenia naprężeń wewnętrznych. PMMA należy suszyć w cyrkulacji gorącego powietrza w temperaturze 70–80 stopni przez 4 godziny; PC należy wygrzewać w czystym powietrzu, glicerynie, ciekłej parafinie itp. w temperaturze 110–135 stopni przez czas zależny od produktu, czasami trwający dłużej niż 10 godzin. Aby uzyskać dobre właściwości mechaniczne, PET musi zostać poddany procesowi dwuosiowego rozciągania.