Laboratorní cvičení z předmětu PLASTIKÁŘSKÁ TECHNOLOGIE Úloha č. 2
Vstřikování Zadání Ověřte technologické podmínky při vstřikování na vstřikovacím stroji DEMAG ERGOtech 50–200 system. Materiál Dle zadání (PP, PE, PMMA, PS atd.) Zařízení Vstřikovací stroj DEMAG ERGOtech 50–200 system Průměr šneku 30 mm Délka šneku 600 mm Max. vstřikovací objem 106 cm3 Postup Dle návodu k obsluze prostudujte ovládání a funkci jednotlivých částí vstřikovacího stroje. Připravte vstřikovací stroj k uvedení do provozu za uvedených technologických podmínek. Nespouštějte stroj sami! Uvedení do provozu provede vyučující! Navrhněte: Teploty jednotlivých topných pásem dle zvoleného materiálu a jeho vlastností (materiálový list). Tlakové a časové podmínky dle materiálu, tvaru vstřikovaného dílu a obecných doporučení. Ověřte: Technologické podmínky a režimy práce při vstřikování na vstřikovacím stroji DEMAG ERGOtech 50–200 system. Funkci stroje při ručním a poloautomatickém cyklu. U poloautomatického cyklu určete časy jednotlivých fází cyklu pro uzavírací a plastikační jednotku. Zvolte si jeden procesní parametr, který 3krát změníte v rozsahu, který schválí vyučující, a vstříknete 10 vzorků pro každou sérii. (Min. 3 výstřiky po každé změně podmínek nebo po prostoji stroje se vyhazují – zdůvodnit proč?) Na analytických vahách zvažte vzorky v celku včetně vtoku; poté samotné lopatky, trámečky a zvažte je (vtoky vyhodit). Na základě hmotností výrobků celých vzorků vč. vtoků stanovte procento využití kapacity stroje a procento využití materiálu.
1/5
Na základě hmotností vtoků, lopatek a trámečků určete vliv změny procesních podmínek na hmotnost. Změřte posuvným měřidlem nebo na milimetrovém papíře pod stereomikroskopem charakteristické rozměry vzorků a na dalším cvičení je přeměřte (příp. doma). Vyhodnoťte případné změny, data zpracujte včetně statistiky. Lopatky a trámečky odevzdáte společně s protokolem (budou použity pro další laboratorní cvičení. Závěr Nakreslete časový diagram vstřikovacího stroje. Vyhodnoťte: 1. procentuální využití kapacity stroje. 2. procentuální využití materiálu (procento odpadu). 3. vliv změny procesních podmínek, zdůvodněte rozdíly v hmotnostech, vzorky vizuálně zhodnoťte. 4. smrštění vzorků ve vztahu k procesním podmínkám. VSTŘIKOVÁNÍ Vstřikování je způsob tváření plastů, při kterém se zpracovávaný materiál ve formě taveniny vstřikuje do dutiny vstřikovací formy (jejíž teplota je mnohem nižší než teplota roztaveného polymeru), kde se pod tlakem ochladí a nechá se ztuhnout. 1 – vstříknutí 2 – doplňování 3 – vracení plastikační jednotky 4 – plastikace 5 – prodleva 6 – přísun plastikační jednotky 7 – chlazení 8 – otevření formy 9 – vyprázdnění formy 10 – příprava formy 11 – uzavření formy
1
11
2 10
6
5
3
9 4 8
7
Obr. 1 Časový průběh vstřikovacího cyklu Vstřikovací cyklus probíhá následovně (Obr. 1): Z násypky vstřikovacího stroje se materiál dávkuje do plastikační jednotky (pístové nebo šnekové), v níž se přivádí do plastikovaného stavu zpravidla účinkem tepla. Po přisunutí plastikační jednotky k formě se tavenina pod tlakem dopraví vtokovým systémem do dutiny formy. Doba, po kterou se forma plní, se nazývá doba plnění. Po zaplnění dutiny formy se působí na materiál dále tlakem, který označujeme jako dotlak. Doba, po kterou působí dotlak se nazývá doba doplňování. Průběh tlaku v dutině formy je znázorněn na Obr. 2.
2/5
pv
p,T
Z
pv – vstřikovací tlak Z – zatuhnutí vtoku pz – zbytkový tlak Tt – teplota taveniny (počáteční) Tz – teplota tuhnoucí taveniny ve formě
Tt TZ
pz
plnění
doplňování
t
chlazení
Obr. 2 Průběh tlaku a teploty ve formě Dotlak má za účel částečně vyrovnat vliv smrštění a dále zabraňovat unikání materiálu z dutiny formy. Lze jím ovlivnit i zbytkové pnutí ve výstřiku. Doba doplňování je omezena zatuhnutím materiálu ve vtokovém systému. V další fázi zůstává zaplněná forma ještě po určitou dobu uzavřena – probíhá chlazení výstřiku. Tato doba závisí na rozměrech výrobku, zejména na jeho tloušťce a na teplotě formy. Čím je tloušťka výstřiku větší a teplota formy vyšší, tím pomalejší je chlazení. Po zatuhnutí výrobku se forma v dělící rovině otevře a výstřik lze vyjmout. Obvykle se výstřik vyjímá automaticky pomocí vyhazovačů nebo stírací desky. Během chlazení a vyjímání výrobku připravuje plastikační jednotka novou dávku roztaveného materiálu, tak aby vstřikovací stroj mohl po uzavření formy zahájit další pracovní cyklus.
Faktory ovlivňující kvalitu výstřiku 1. Charakteristické hodnoty polymeru reologické: viskozita taveniny jako funkce teploty, tlaku a času, stlačitelnost, atd. tepelné: měrné teplo, tepelná vodivost, teplota tání, teplota krystalizace granulometrické: sypný objem, tvar granulí, obsah maziva 2. Parametry nastavitelné na vstřikovacím stroji teplota materiálu v násypce teplota taveniny a teplotní profil šneku teplota formy tlak ve formě vstřikovací tlak dotlak a jeho tlakový profil
doba jednoho cyklu doba plnění formy doba dotlačování doba chlazení bez tlaku doba manipulace rychlost vstřikování odpor šneku
3. Faktory určované konstrukcí formy Tvar dutiny formy (tloušťka stěny), průřezy vtokových a rozváděcích kanálů, jejich délka, vtokové ústí a jeho umístění, plocha a členitost formy.
3/5
Vymezení oblasti zpracovatelských podmínek Jedná se hlavně o určení vstřikovací teploty a tlaku (doby plnění), kdy při stanovení uvedených parametrů lze postupovat např. takto (Obr. 3): Na základě tepelné stability polymeru určíme maximální teplotu, při níž ještě nedochází k degradaci vstřikovaného polymeru za maximální čas prodlevy v plastikačním válci (Tmax). Stanoví se minimální teplota, při níž lze ještě dosáhnout dokonalého zaplnění formy (Tmin) pro jednotlivé hladiny v rozmezí Tmin–Tmax se stanoví tlaky (doby plnění) – tj. tlaky, kdy ještě dojde k zaplnění formy (pmin). Aby se forma neotvírala, nesmí v ní tlak přestoupit určitou mez. Této hodnotě odpovídá určitá hodnota vstřikovacího tlaku, která je tím větší, čím je nižší teplota taveniny, neboť tím také vzrůstají tlakové ztráty. Takto lze vymezit křivku maximálních vstřikovacích tlaků (pmax). T Tmax pmax pmin Tmin p
Obr. 3 Vymezení oblasti zpracovatelských podmínek Tab I. Technologické podmínky pro vstřikování základních termoplastů Materiál Vstřikovací teplota Vstřikovací tlak Teplota formy [°C] [MPa] [°C] 160–280 20–50 30–50 LDPE 220–300 60–120 40–70 HDPE 180–300 80–150 25–80 PP 150–240 60–150 40–65 PS 180–260 60–150 50–70 HPS 180–220 100–150 60–80 ABS 230–320 70–100 40–50 PA
4/5
Smrštění [%] 2,0– 3,0 1,5–3,0 1,0–3,0 0,3–0,5 0,3–0,5 0,4–0,6 0,5–2,0
PLASTIKAČNÍ JEDNOTKA ODJEZD PLASTIKAČNÍ JEDNOTKA PŘÍJEZD
FORMA ZAVŘÍT
FORMA OTEVŘÍT
VYHAZOVAČE VPŘED VYHAZOVAČE ZPĚT
VSTŘIKOVÁNÍ
ŠNEK ZPĚT PLASTIKACE RUČNÍ REŽIM
POLOAUTO. REŽIM AUTOMAT. REŽIM
CENTRAL STOP
TOPENÍ ZAP/VYP ČERPADLO ZAP/VYP
SPUŠTĚNÍ AUTOMATICKÉHO A POLOAUT. CYKLU
5/5
