TermoplastycznyPrzybory- Charakterystyka i właściwości Materiały termoplastyczne dzielą się na dwie główne kategorie w oparciu o ich odporność na ciepło i właściwości: tworzywa termoplastyczne-odporne na ciepło i tworzywa termoplastyczne-ogólnego zastosowania.
Rodzaje i właściwości tworzyw sztucznych:
△Przemiany termodynamiczne tworzyw sztucznych
Odporne na ciepło tworzywa termoplastyczne-można formować w-części plastikowe o ustalonym kształcie w wysokich temperaturach, które zachowują ustalony kształt po schłodzeniu. Po ponownym podgrzaniu mogą zmięknąć i rozpłynąć się, a następnie ponownie uformować-części z tworzywa sztucznego o ustalonym kształcie w drodze wielokrotnego przetwarzania - jest to odwracalne. Ponieważ materiały termoplastyczne nie ulegają zasadniczym zmianom chemicznym podczas procesu formowania, złom można poddać recyklingowi i ponownie wykorzystać, co jest nazywane „materiałem wtórnym” lub „przemiałem”.
Tworzywa termoplastyczne ulegają zmianom fizycznym podczas formowania, co oznacza, że po podgrzaniu po prostu nie mogą zmienić swojego pierwotnego stanu, ale pozostają amorficzne i nie mogą płynnieć po schłodzeniu. Dlatego materiałów termoplastycznych nie można wielokrotnie podgrzewać i ponownie formować, więc złomu z materiałów termoplastycznych na ogół nie można ponownie wykorzystać.
W tej książce omówiono przede wszystkim „tworzywa sztuczne” - z wyjątkiem gumy, która jest również materiałem termoplastycznym.
W porównaniu z procesami formowania tworzyw sztucznych, chociaż formowanie wtryskowe ma różne unikalne możliwości i zalety, ma również pewne nieodłączne wady i niedociągnięcia. Zrozumienie głównych właściwości formowania wtryskowego tworzyw sztucznych jest warunkiem wstępnym i gwarancją prawidłowego projektowania form i poprawy jakości formowanych części.
(1) Skurcz
Niezależnie od tego, czy części z tworzyw sztucznych mogą zachować stabilność wymiarową w normalnych warunkach temperaturowych po uformowaniu z gniazda formy i schłodzeniu do temperatury pokojowej, rozmiar będzie nieco mniejszy niż oryginalna wnęka formy. Ta cecha nazywana jest skurczem i można ją kompensować poprzez kontrolę temperatury formowania.
Skurcz ten jest nie tylko spowodowany rozszerzalnością cieplną i kurczeniem się samego tworzywa sztucznego, ale jest także związany z różnymi warunkami procesu formowania i czynnikami konstrukcyjnymi formy. Po schłodzeniu tworzywa sztucznego stopień skurczu części jest skurczem formowania, który można zmniejszyć lub poprawić poprzez dostosowanie parametrów procesu lub niewielkie zmiany wielkości wnęki formy.
Części z tworzyw sztucznych ulegają przez pewien czas po uformowaniu wtórnemu skurczowi, zwanemu również skurczem po-formowaniu,przy zachowaniu tych samych warunków formowania:
① Skurcz części z tworzyw sztucznych nie jest równomierny. Ze względu na fakt, że skurcz termiczny tworzyw sztucznych zmienia się wraz z warunkami fizyko-chemicznymi w różnych częściach wewnętrznych, stopień skurczu części z tworzyw sztucznych po schłodzeniu do temperatury pokojowej zmienia się pod względem wielkości i nie jest całkowicie jednolity. Dlatego powinny istnieć pewne ograniczenia dotyczące dokładności wymiarowej części z tworzyw sztucznych, a precyzja powinna być odpowiednio poprawiana poprzez projektowanie form.
② Skurcz-części plastikowych. Podczas procesu formowania, z powodu różnych naprężeń wewnętrznych, reakcji chemicznych i różnych sił zewnętrznych, - przede wszystkim ciśnienia formowania -, część z tworzywa sztucznego nadal istnieje po formowaniu z naprężeniami szczątkowymi. Po formowaniu, ze względu na różne efekty naprężeń szczątkowych, rozmiar części z tworzywa sztucznego po wyprodukowaniu nadal nieznacznie się zmienia. Ogólnie rzecz biorąc, większość formowanych części stabilizuje się w ciągu 10 godzin po uformowaniu i zasadniczo stabilizuje się po 24 godzinach, ale ich całkowita stabilizacja zajmuje ponad 10 dni.Zwracanie uwagi i podejmowanie odpowiednich działań związanych z formowaniemjest kluczem do kontrolowania skurczu po-formowaniu.
Aby ustabilizować ostateczne wymiary części z tworzyw sztucznych po formowaniu, czasami wymagana jest obróbka cieplna po formowaniu. Obróbka cieplna umożliwia utrzymanie tworzywa termoplastycznego w określonej temperaturze, powodując zmiękczenie; usunięcie sił zewnętrznych działających na skurcz wypraski umożliwia właściwą kompensację wewnętrzną po formowaniu, co może zmniejszyć wymiary wypraski w wyższych temperaturach formowania.
③ Kierunkowy skurcz części z tworzyw sztucznych. Podczas procesu formowania efekt orientacji polimerów wzdłuż kierunku przepływu prowadzi do anizotropii w części z tworzywa sztucznego. Skurcz części będzie nieuchronnie różny w zależności od kierunku przepływu materiału: ogólnie skurcz jest większy i wytrzymałość jest większa wzdłuż kierunku przepływu materiału, natomiast skurcz jest mniejszy i wytrzymałość jest mniejsza w kierunku prostopadłym do przepływu materiału. Jednocześnie, ze względu na nierównomierny rozkład i gęstość dodatków w różnych częściach części z tworzywa sztucznego, skurcz jest również nierównomierny, co powoduje skurcz różnicowy i sprawia, że część z tworzywa sztucznego jest podatna na wypaczenia, odkształcenia, a nawet pękanie.
(2) Płynność
Podczas procesu formowania zdolność tworzywa sztucznego do wypełniania wnęki formy pod określoną temperaturą i ciśnieniem nazywana jest płynnością tworzywa sztucznego. Jest to unikalny kompleksowy wskaźnik techniczny dla formowania wtryskowego. W okresie formowania należy zwrócić uwagę na wymiary wnęki formy i związane z nią parametry. Gdy ciśnienie formowania jest zbyt duże lub zbyt małe, należy wziąć pod uwagę wpływ płynności.
Wielkość płynności ma istotny związek ze strukturą molekularną tworzyw sztucznych. Tworzywa sztuczne o liniowej strukturze molekularnej lub o niższej masie cząsteczkowej w mniejszym stopniu utrudniają przepływ cząsteczek, co skutkuje większą płynnością. Podczas dodawania wypełniaczy do tworzyw sztucznych płynność wzrasta wraz ze wzrostem zawartości wypełniacza. Wpływ różnych czynników konstrukcyjnych i warunków procesu formowania na płynność tworzywa sztucznego ma również zastosowanie do płynności związków polimerowych.
Płynność tworzyw sztucznych nie jest wartością niezmienną, a konstrukcja formy może ją w dużym stopniu dostosować. Jeśli płynność tworzyw sztucznych jest dobra, nie musi to oznaczać, że każdy aspekt procesu formowania wtryskowego przebiega gładko i zadowalająco. I odwrotnie, jeśli płynność jest słaba, można ją poprawić, zwiększając temperaturę lub ciśnienie formowania wtryskowego. Jeśli jednak płynność jest zbyt duża, może łatwo spowodować wady, takie jak wypływki, podczas produkcji części z tworzyw sztucznych. Dlatego w procesie formowania tworzyw sztucznych należy uwzględnić wszystkie aspekty czynników wpływających i kompleksowo dobrać odpowiednie tworzywa sztuczne. Tylko wtedy można zagwarantować jakość oraz odpowiednio dobrać parametry procesu formowania i projekt formy, ostatecznie osiągając cel, jakim jest kontrola i poprawa jakości.
Zgodnie z wymaganiami dotyczącymi płynności typowych tworzyw sztucznych w zakresie projektowania form, klasyfikację płynności formowania wtryskowego tworzyw termoplastycznych można ogólnie podzielić na trzy kategorie:
① Tworzywa sztuczne o dobrej płynności: takie jak nylon, polietylen, polipropylen, polistyren, akryl, octanomaślan celulozy i polioksymetylen.
② Tworzywa sztuczne o średniej płynności: takie jak modyfikowany polistyren, ABS, AS, poliformaldehyd, homopolimer chlorku winylu i politetrafluoroetylen.
③ Tworzywa sztuczne o niskiej płynności: takie jak poliwęglan, twardy polichlorek winylu, polisulfon, poliimid, aromatyczny poliester i fluoroplastiki.
Głównymi czynnikami wpływającymi na płynność tworzyw sztucznych metodą wtrysku są:
① Temperatura tworzywa sztucznego. Gdy temperatura tworzywa sztucznego jest wysoka, płynność wzrasta odpowiednio wraz z temperaturą różnych tworzyw sztucznych. Na przykład polistyren, polipropylen, poliamid, polioksymetylen, modyfikowany polistyren, octan celulozy i ABS mają bardzo wrażliwą zależność temperatury od płynności; w przypadku polichlorku winylu, poliformaldehydu i polimetakrylanu metylu wpływ zmian temperatury na płynność jest stosunkowo niewielki.
② Ciśnienie wtrysku. Zwiększanie ciśnienia wtrysku może pokonać opór generowany przez przepływ stopionego materiału i odpowiednio zwiększyć prędkość napełniania stopu, tworząc większą płynność.
③ Struktura formy. Takie jak forma układu wlewowego, lokalizacja i wielkość bramy, kształt wnęki, układ wydechowy, temperatura formy, grubość ścianek części z tworzywa sztucznego oraz obecność wkładek, liczba i lokalizacja wkładek - – wszystko to bezpośrednio wpływa na rzeczywistą sytuację napełnienia wnęki formy i ma znaczący wpływ na płynność tworzywa sztucznego.
(3) Wrażliwość na ciepło
Lepkość niektórych tworzyw sztucznych zmienia się wraz z temperaturą podczas procesu formowania w niższych temperaturach, a tworzywa sztuczne pozostają stosunkowo stabilne. Jeśli jednak przez dłuższy czas utrzymuje się wyższą temperaturę formowania lub pole-przekroju kanału przepływowego jest zbyt małe lub szybkość ścinania jest zbyt duża, z powodu zwiększonego działania ścinającego mogą wystąpić zjawiska takie jak odbarwienie, degradacja i rozkład. Tworzywa sztuczne o tej charakterystyce nazywane są tworzywami-wrażliwymi na ciepło. Takie jak sztywny PCV, polichlorek winylu, poliformaldehyd, polifluoroetylen i fluoroplastiki. Tworzywa sztuczne-wrażliwe na ciepło rozkładają się i podczas degradacji wydzielają gazy, które powodują korozję formy i wpływają na wygląd części z tworzyw sztucznych. Ponadto pogarszają się ich właściwości fizyczne i mechaniczne.
Kiedy tworzywa sztuczne-wrażliwe na ciepło ulegają rozkładowi lub degradacji wywołanej-ciepłem podczas ogrzewania, powstają różne produkty rozkładu, z których część jest szkodliwa dla organizmu ludzkiego. Formy i sprzęt należy utrzymywać w czystości. Zanieczyszczenia lub brud mogą powodować miejscowe przegrzanie i prowadzić do degradacji materiału.
Środki i dodatki mogą zapobiegać dalszemu rozkładowi. Na przykład dodanie stabilizatorów cieplnych do sztywnego PCV może poprawić jego efekt rozkładu.
Kiedy tworzywa sztuczne-wrażliwe na ciepło są formowane w warunkach, w których dochodzi do przegrzania materiału lub rozkładu, należy podjąć pewne środki podczas projektowania formy. Do materiałów można dodać stabilizatory termiczne lub zastosować odpowiedni sprzęt (wtryskarki śrubowe). Należy zachować ścisłą kontrolę temperatury formowania, temperatury cylindra, czasu nagrzewania, prędkości obrotowej ślimaka i ciśnienia; należy podjąć środki, takie jak zapobieganie zatrzymywaniu materiału oraz zapobieganie zanieczyszczeniu sprzętu i pleśni.
(4) Wrażliwość na wilgoć
Wrażliwość tworzyw sztucznych na wilgoć odnosi się do wrażliwości na rozkład wilgoci w wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem, takich jak poliwęglan, który jest typowym tworzywem sztucznym-wrażliwym na wilgoć. Nawet jeśli zawiera niewielką ilość wilgoci, ulegnie rozkładowi pod wpływem wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia. Dlatego też tworzywa sztuczne-wrażliwe na wilgoć muszą być ściśle kontrolowane pod kątem zawartości wilgoci przed formowaniem i muszą zostać poddane suszeniu.
(5) Higroskopijność
Higroskopijność odnosi się do powinowactwa tworzyw sztucznych do wilgoci. Na tej podstawie tworzywa sztuczne można ogólnie podzielić na dwie kategorie: jedna to tworzywa sztuczne posiadające właściwości pochłaniania wody lub przyczepności, takie jak poliamid, poliwęglan, poliester, ABS itp.; drugim są tworzywa sztuczne, które nie pochłaniają wody ani nie przylegają do wilgoci, takie jak polistyren, polipropylen i polietylen.
W przypadku tworzyw sztucznych mających tendencję do wchłaniania wody, jeśli zawartość wilgoci przed formowaniem nie zostanie usunięta i przekroczy pewien limit, wówczas podczas procesu formowania wilgoć zamieni się w gaz i spowoduje rozkład tworzywa sztucznego, co spowoduje zmniejszenie płynności formowanego tworzywa sztucznego, trudności w formowaniu oraz pogorszenie jakości powierzchni i właściwości mechanicznych części z tworzyw sztucznych. Dlatego też, aby zapewnić płynny przebieg i jakość formowania, w przypadku tworzyw sztucznych o dużej higroskopijności i przyczepności do wilgoci należy przed przystąpieniem do formowania i suszenia usunąć wilgoć. Należy także zwrócić uwagę na odpowiednie ustawienie temperatury beczki oraz nagrzewania zewnętrznego wtryskarki.
(6) Kompatybilność
Kompatybilność odnosi się do zdolności dwóch lub więcej różnych rodzajów tworzyw sztucznych do nieulegania rozdzielaniu faz w stanie stopionym.
Jeżeli dwa rodzaje tworzyw sztucznych nie są kompatybilne, podczas procesu topienia i formowania nastąpi rozdzielenie faz, co powoduje rozwarstwianie, łuszczenie się i wady powierzchni. Niekompatybilność tworzyw sztucznych jest związana z ich budową molekularną. Kompatybilne są struktury molekularne, które są podobne lub łatwo kompatybilne ze sobą, takie jak polietylen-wysokociśnieniowy i polietylen nisko-niskociśnieniowy, polipropylen zmieszany ze sobą; trudno jest pogodzić ze sobą struktury molekularne, takie jak mieszanina polietylenu i polistyrenu. Kompatybilność tworzyw sztucznych jest również powszechnie nazywana mieszalnością. Zrozumienie tej cechy tworzyw sztucznych może pomóc w określeniu kompatybilności podobnych lub powszechnych surowców, co jest jednym z ważnych sposobów poprawy wydajności tworzyw sztucznych.