UNIVERZITA TOMÁŠE BATI VE ZLÍNĚ FAKULTA TECHNOLOGICKÁ ÚSTAV VÝROBNÍHO INŽENÝRSTVÍ
VADY VZNIKAJÍCÍ PŘI VÝROBĚ VÝROBKŮ TECHNOLOGIÍ VSTŘIKOVÁNÍ
doc. Ing. Zdeněk Dvořák, CSc. Zlín 2013
Úvod Při zpracování kaučukových směsí mohou nastat různé výrobní problémy konstrukční, technologické, procesní, rozměrové, ale existuje i řada problému, které nelze zjistit v průběhu vulkanizace, pokud se výrobek nevyjme z formy. Obecně rozdělujeme na výrobcích vady a znaky. Vady jsou definovány jako neshody s dokumentací a jsou přípustné a nepřípustné. Tento výběr je obvykle stanoven přejímacími podmínkami mezi výrobcem a odběratelem. Při výrobě vznikají technologické vady a znaky. Technologické znaky jsou na výrobku nezbytné a jsou odrazem použité technologie. Technologický znak může být vadou, pokud se vytvoří ve funkčním místě. Např. umístění dělící roviny do funkční těsnicí plochy apod. Technologická vada je definována jako vada zejména technologických podmínek. Např. vznik přetoků, nízká svírací síla, nerovnost dělící roviny atd.; deformace místa vtoků v důsledku nízkého dotlaku atd. Materiálové vady by měly být zachyceny při přejímce materiálu k dalšímu zpracování, zejména „zavzdušnění“ kaučukové směsi, její nízká bezpečnost, rozdílná viskozitaplasticita, vulkanizační rychlost atd. Specielní vadou jsou vady rozměrové. Částečně a ne bezezbytku se dají v malé míře řešit změnou procesních podmínek.
Vady zpracovatelských technologií Vytlačování:
povrchové nerovnosti
vzhledové vady
rozměrové vady
tvarové vady
navulkanizace a nedovulkanizace
Válcování:
povrchové nerovnosti,
díry a propadliny
chybné rozměry (šířka, tloušťka)
uzavřené vzduchy
vytvoření „lét“
navulkanizace a nedovulkanizace
soudržnost k výztužným materiálům
Lisování a vstřikování:
vzhledové vady 2
nedolilsky, nedovstřiky
nesprávné rozměry
špatná tvrdost
vnitřní vady
vtoky a přetoky
dutiny forem
poškození výrobku při vyhazování výlisku nebo výstřiku
3
Vady zpracovatelských technologiích vstřikování s následnou vulkanizací Některé z uvedených chyb a vad lze dobře definovat a učinit opatření k jejich odstranění nebo eliminaci. Některé vznikají nesystematicky až nahodile, jejich odstranění či eliminace je obtížná a ve většině případů souvisí s nestabilními surovinami a nestabilním výrobním procesem. Dále jsou uvedeny významné problémy a možnost jejích odstranění. V dalším textu se text zaměří na výrobky vyráběné vstřikováním a lisováním. Často nelze vady jednoduše eliminovat, neboť vady vznikají v důsledku vad a chyb jednotlivých technologických kroků nebo jejich kombinací. Deformace výstřiku Muže být způsobena navulkanizováním nebo kombinací vlivu teploty a doby. Příčiny jsou: - vysoká vstřikovací teplota – vysoká plastikace kaučukové - nesprávná teplota formy - dlouhá vstřikovací doba - nízká bezpečnost směsi proti navulkanizování - krátká indukční perioda - vysoká viskozita směsi Opatření: - upravit teplotu formy o 5° - 10°C - zvýšit průměr vstřikovací trysky - upravit vtokový systém - zvýšit vstřikovací tlak - zkrátit vstřikovací dobu - zvýšit bezpečnost směsi - kontrolovat viskozitu Money Nerovný povrch (pomerančová kůra) Příčiny jsou: - navulkanizování směsi během plnění formy, kdy směs částečně vulkanizuje při kontaktu s formou další objem směsi se snaží ze středu formy zaplnit vzdálenější místa a ten strhává navulkanizované části a unáší je do výrobku - Pomerančová kůra vzniká kombinací vad dříve a později zvulkanizovanou kaučukovou směsí Opatření: - snížit vstřikovací teplotu - zvýšit tokovou rychlost - rozšířit vtokové kanálky - zvýšit vstřikovací tlak - zvýšit bezpečnost směsi
4
Nedokonalá vulkanizace výrobku Projevuje se soustavou povrchových a vnitřních chyb Příčiny: - nízká vstřikovací teplota - nízká teplota formy - vysoká bezpečnost kaučukové směsi Opatření: - zvýšení teploty vstřikování - ztužení směsi, urychlení směsi
Pórovitost Bývá obvykle projevem nedokonalé vulkanizace což je teplota, tlak a čas. Opatření: - zvýšení vulkanizační doby - zvýšení vstřikovací teploty - zvýšit vulkanizační tlak Vnitřní chyby výstřiku Jsou způsobeny vzduchem uzavřeným v kaučukové směsi, který se do ní dostane při míchání a dalších operacích, přípravě polotovarů, plastikaci a vstřikování. Opatření: - kontrola jakosti kaučukové směsi před dalším zpracováním - zvýšení viskozity směsi - snížení rychlosti šneku v plastikační jednotce - zvýšení teploty vstřikovacího válce - zvýšení zpětného tlaku ve vstřikovacím válci - úprava dotlaku
5
Vzduchové bublinka povrchu – nedolisky Vznikají místní kompresi vzduchu na povrchu formy , obvykle vždy na stejném místě, vzdálenější místa formy nebo rohy formy. Opatření: - lepší odvzdušnění formy - snížení vstřikovacího tlaku a prodloužení vstřikovací doby - zvýšením dotlaku
Zborcení výstřiku v okolí vtoku Je často způsobeno kaučukovou směsí v průběhu vulkanizace. Tato vada se muže ještě zvětšit vlivem dlouhého působení vstřikovacího a lisovacího tlaku, popřípadě i vysokou teplotou formy. Opatření: - snížení teploty formy - nebo zvýšení vstřikovací teploty - zvýšení bezpečnosti směsi
6
Degradace pryže Někdy může dojít při vulkanizaci během výroby k reverzi materiálu, pak Opatření: - snížení teploty formy - rychlosti vstřikování, - změna vulkanizačního systému, vyšší koncentrace urychlovače a nižší koncentrace síry. Oxidace Oxidace praže vzniká v místech zadržení vzduchu. Tam pryž často podléhá silné oxidaci a stává se lepkavou. Opatření: - úprava formy, aby vzduch neulpíval na formě - použít účinný antioxidační systém - změnit podmínky vstřikování
Smrštění a rozměrová stálost výstřiku Po vulkanizaci dochází ke smrštění výstřiku v důsledku teplotní dilatace dutiny formy, smrštění objemu vulkanizátu. Smrštění je obvykle definováno jako rozdíl mezi rozměry dutiny formy a konečného výrobku, u obou za pokojové teploty. Smrštění se dělí na smrštění během chlazení a dodatečné smrštění, které se projeví postupem času, případně následným technologickým krokem dovulkanizace. Opatření: - provést experimenty smrštění s definovanou kaučukovou směsí v 3D rozměrech (nemusí být shodné) - mírnou změnu je možno provést technologickými podmínkami Soudružnost a přilnavost Přilnavost vulkanizátů k povrchu dutiny formy je nežádoucí. Aby nedošlo k přilepení vulkanizátu k povrchu dutiny, používají se vhodné separační prostředky. Většina separačních prostředků je založena na silikonové a teflonové bázi, které jsou nanášeny na povrch dutiny v dělící rovině. Použití silikonových separačních 7
prostředků je velmi sporadické v případě složitých výlisků a výlisků, které mají zavulkanizované díly z jiných materiálů.
Propadliny Jedná se o vady na výrobcích, které vypadají jako trhliny, nebo propadlé dutiny. Jsou způsobeny tepelnou roztažností pryže po zesíťování, ta se může dostat během vulkanizace do dělící roviny nebo vtokových kanálků, což je způsobeno změnou objemu během síťování a způsobí prasknutí (propadliny). Velmi záleží na tvaru (geometrii) výrobku. Opatření: - zmenšením tloušťky stěny, - zvětšením velikosti dotlaku - zvětšením velikosti vtoku. - lze také využít retardérů vulkanizace, protože oddalují dobu, kdy elastomer začne vulkanizovat, tím se muže zvýšit teplota taveniny i doba dotlaku a zajistí se vyplnění formy před začátkem vulkanizace. - propadliny lze eliminovat úpravou povrchu.
8
Navulkanizace kaučukové směsi U vstřikování elastomerů může dojít k předčasné vulkanizaci před vstříknutím kaučukové směsi do vstřikovací formy. Tím se výrazně zhorší její tokové vlastnosti. Nedostačující tok směsi do formy vede k deformaci nebo nedotečení výstřiku. Příčiny mohou být: - vysoká vstřikovací teplota, - vtokový systém - vysoká teplota formy, - dlouhá vstřikovací doba, - nízká bezpečnost kaučukové směsi, - vysoká viskozita směsi, - předchozí použité technologie
9
Nedostatečné řízení kvality kaučukových směsí a podmínek zpracování může způsobit různé problémy v gumárenské výrobě. Výsledkem je pak především vyšší procento neshodných výrobků, tj. zvýšený počet zmetků a snížení produktivity. Každý výrobce má různá opatření, aby zajistil dostatečnou kontrolu kvality. Základem je vstupní a výstupní kontrola, kontrola při zahájení výrobního procesu a průběžná kontrola během výroby. Tímto by se mělo zabránit nebo včas podchytit vznik vad. Pokyny pro odstraňování závad výrobků, vyskytujících se při vstřikování Tabulka uvádí zkušenosti získané z praktických aplikací z provozu u firem vyrábějících pryžové výrobky technologií vstřikování
2.
Zkrátit dobu vstřikování
3.
Zvýšit viskozitu směsi
4.
Snížit viskozitu směsi
5.
Zvýšit teplotu vstřikování
6.
Snížit teplotu vstřikování
7.
Zvýšit tlak vstřikování
8.
Snížit tlak vstřikování
9.
Zvýšit rychlost vstřikování
10.
Snížit rychlost vstřikování
X
X
6
Nízká adheze spojovací prostředek - pryž
X
5
Nedostříknuté výrobky
4
Znečištění povrchu
3
Pomerančový povrch
2
Přetoky u hubice a vtokových kanálků, podélné pruhy
1
Mramorování, zrnění, tvoření vláken, trhlin Přetok do dělící roviny formy, dodatečná kúra, slupka
Drsný povrch
Prodloužit dobu vstřikování
Špatné spojení míst výlisku
1.
Puchýře
Změna technologie vedoucí k redukci a k odstranění závady
Zachycený vzduch
Poruchy a vady výrobků vyráběných technologií vstřikování
7
8
9
10
11
X X
X
X X
X X
X
X
X
X
X
X X
X
X X
X
X
X
X
X
X
X
11. Zvýšit teplotu tvárnice
X
12. Snížit teplotu tvárnice
X
X
13. Zavést vakuum na tvárnici
X
X
X
14. Zalisovat v konstantním
X
X
X
10
X
X X
X
X
X
tlakem 15.
Zkontrolovat nastavení uzavírací síly
X
Zvětšit velikost průřezu 16. hubice, vtoku a vtokových kanálků
17.
X
Zmenšit velikost průřezu hubice (trysky)
X
X
X
Souběžná kontrola 19. lisovacího a vstřikového tlaku Kontrola těsnosti v úseku nástřiku
Zkontrolovat konstrukci 21. tvárnice pro správné odvzdušnění
22.
Omezit ostré hrany a dutiny
23.
Zvýšit vulkanizační rychlost směsi
Zkontrolovat kaučukovou 24. směs, zda neobsahuje vzduch
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Snížit teplotu při 25. přípravě polotovaru kaučukové směsi
X
Zkontrolovat obsahu 26. vlhkosti ve směsi
X
Zkontrolovat bod vznícení 27. kapalných látek při vulkanizační teplotě Snížit množství použitých separ. 28. prostředků při lisování
X
X
X
Změnit separační 29. prostředek formy Kontrola (úprava) 30. umístění vtoku a rozměry vtokových kanálů Snížit podíl 31. nejrychlejšího urychlovače
X
X
18. Snížit dobu vstřiku
20.
X
X
X X
X
X
X
11
X
Změna urychlovače zvýšení bezpečnosti směsi Vysoce leštěné nebo 33. pochromované dutiny 32.
X
X X
Zvýšit množství 34. stabilizátoru ve směsi
X
X
X
Zvýšit míchací dobu 35. zlepšit disperzi
X
Upravit tokové vlastnosti 36. směsi 37.
X
X
X
Zabránit znečištění povrchu spoj. prostředku
X X
38. Zvýšit tlak plastikace 39. Snížit tlak plastikace
40.
41.
X
Zvýšit objem nastřikované směsi
X
Vyčistit vstřikovací kanály tvárnice
X
Závěr Uvedené informace nelze považovat za konečná řešení při odstraňování problémů při výrobě výrobků z kaučukových směsí technologií vstřikování. Do procesních dějů mohou vstupovat další zejména nesystematické vlivy, které vyžadují specielní přístupy.
12
