Základná výbava prevstrekovanímje vstrekovací lis a vstrekovacia forma. Obrázok 1-2 zobrazuje proces vstrekovania vstrekovacieho lisu skrutkového typu.
Princíp vstrekovania
Princíp spočíva v tom, že granulovaný alebo práškový plast sa pridá do valca vstrekovacieho stroja, zahreje sa a roztaví a potom vysoký tlak a vysoká rýchlosť skrutky vstrekovacieho stroja vytlačí roztavený plast cez dýzu na prednom konci valca a rýchlo ho vstrekne do uzavretej dutiny formy [obr. 1-2(a)]. Tavenina vyplňujúca dutinu sa ochladí a stuhne pod tlakom, aby sa zachoval tvar daný dutinou [obr. 1-2(b)]. Potom sa forma otvorí a výrobok sa vyberie [obr. 1-2(c)]. Počas procesu vstrekovania plast prechádza radom zmien vrátane mäknutia, topenia, tečenia, tvarovania a tuhnutia.
(Obrázok 1-2 Princíp vstrekovacieho lisovania skrutkového vstrekovacieho stroja)
Zmäkčenie a topenie:
Obrázok 1-4 zobrazuje štruktúru valca a skrutky vstrekovacieho stroja. Pretože je na vonkajšej strane valca nainštalovaný kruhový ohrievač, plast sa pri pohybe dopredu pri otáčaní skrutky topí a nakoniec sa vstrekuje do formy cez dýzu.
(L1-Sekcia kŕmenia; L2-Sekcia kompresie; L3-Sekcia merania; h1/h2-Pomer kompresie; D-Priemer skrutky)
Plast prechádza počas procesu plnenia formy nasledujúcimi zmenami:
Predtým, ako sa skrutka otočí (L2), teplota a tlak skrutkovej tyče sú relatívne nízke v dôsledku zníženia objemu taveniny spôsobeného materiálom vstupujúcim do dutiny formy (L1). Po otočení skrutky (L3), teplota plastu dosiahla teplotu topenia a roztopila sa. Aby sa zabezpečila kvalita produktu, plast musí byť pred opätovným{1}}tavením úplne roztavený. V tomto čase, ak plast už vstúpil do stupňa kompresie pri určitom stupni roztavenia, jeho odplyňovací účinok bude značne ovplyvnený.
Aj keď množstvo (L3) zostáva rovnaký, v dôsledku rôznych hĺbok drážky pre skrutky h₀ bude plast počas procesu otáčania skrutky vystavený rôznym stupňom šmykového pôsobenia, takže stupeň plastifikácie sa bude meniť.
Stručne povedané, pri rovnakom lisovacom cykle bude stupeň a kvalita tavenia plastov ovplyvnená obsahom plynu skrutky a kvalitou tavenia:
① Účinná dĺžka skrutky je priamo úmerná (zvyšuje sa): L/D=22-25.
② Kompresný pomer skrutky: h₁/h₂=2.0-3.0 (všeobecne 2,5).
③ Kompresná časť skrutky je relatívne proporcionálna: L₁/L₂=40%-60%.
Pretože hodnota je príliš veľká, predĺži sa aj čas zotrvania materiálu a otáčanie skrutky bude neustále posielať roztavený plast dopredu. V tomto čase bude plast naďalej prúdiť v dutine formy pod tlakom a potom v jednom lisovacom cykle (bez vonkajšieho zásahu predtým, ako sa skrutka začne pohybovať dopredu). Po otočení sa skrutka pôsobením mechanickej sily posunie dopredu, čím sa plast postupne zhutní a vstrekne do dutiny formy. V okamihu predtým bude jeho tavenina vystavená rýchlemu stlačeniu (nazývanému okamžité stlačenie), čo môže ľahko spôsobiť kryštalizáciu a viesť k defektom. Použitie pomalého vstrekovania môže zabrániť kryštalizácii (úplnej kryštalizácii, vďaka čomu je úplne amorfný v dôsledku rýchleho ochladzovania).
Prietok:
Keď sa tavenina vstrekuje do dutiny formy pod vysokým tlakom a vysokou rýchlosťou, počas procesu vstrekovania nastanú dva javy. Jedným z nich je, že plast v kontakte so stenou formy v roztavenom stave stuhne a vytvorí tenkú vrstvu v dôsledku rýchleho ochladzovania spôsobeného kontaktom s povrchom dutiny formy. Táto tenká vrstva sa nazýva zmrazená vrstva (alebo okamžite zmrazená vrstva), ktorá spôsobí zníženie teploty samotného roztaveného plastu (hlavne vplyvom straty latentného tepla kryštalizácie). Napríklad v polyetyléne môže latentné kryštalizačné teplo uvoľnené počas procesu chladenia taveniny cez stenu formy dosiahnuť 50 stupňov alebo viac. Preto, keď tavenina vyplní celú dutinu formy a vráti sa do naliehavého stavu, teplota sa zníži. Druhým je, že väčšia časť roztaveného plastu si bude naďalej udržiavať svoj smer toku a podlieha spätnému toku.
Ako je možné vidieť na obrázku 1-5, keď je tavenina v kontakte so stenou dutiny formy, vytvorí zmrznutú vrstvu a v centrálnej časti preč od dutiny sa vytvorí rýchlejší prietok. Plast bude tiecť vrstveným spôsobom v oblasti medzi zamrznutou vrstvou a stenou dutiny. Potom, čo plast v takomto stave prejde a je ochladený a vytvarovaný do produktu, vrstvenie bude stále existovať v lisovanom produkte v paralelnom a vertikálnom smere, čo má za následok rozdiely v pevnosti a húževnatosti produktu, ktoré budú existovať počas fáz uvoľňovania a tvarovania lisovaného produktu.
1 - Vstrekovací stroj; 2 - Forma na vstrekovanie živice (v skutočnosti sa skladá z hlavného žľabu a brány);
3 - Pleseň (vo vnútri dutiny); 4 - Časť s rýchlejším prietokom v strede;
5 - Časť s veľmi pomalým prietokom pozdĺž steny dutiny; 6 - Molekuly živice, ktoré sú orientované a natiahnuté;
7 - Molekuly živice, ktoré sú spolu zapletené.
Tvarovanie a vytvrdzovanie:
Keď je roztavený plast vstrekovaný, vstupuje do formy cez dýzu, nadobúda tvar a potom sa ochladí a stuhne, aby sa stal hotovým výrobkom. Skutočný čas potrebný na to, aby roztavený plast naplnil formu, je niekoľko sekúnd, čo sťažuje pozorovanie procesu plnenia.
Americký inžinier Stevenson použil počítačovú simuláciu na znázornenie procesu plnenia polypropylénových automobilových dverí, ktoré sa formujú pomocou formy s horúcim vtokom s dvoma bránami, a vypočítal čas vstrekovania (tj čas plnenia), zvarovú líniu a potrebnú upínaciu silu. Obrázok 1-6 znázorňuje model získaný z jeho simulácie. Prietok a stav plnenia taveniny na obrázku 1-6 sa výrazne nelíši od predstavy a môže presne odrážať skutočný proces plnenia dverí automobilu.
Existuje mnoho metód na simuláciu toku procesov vstrekovania (ako je metóda FAN, simulačný systém CAIM a simulačný systém Moldflow). Tieto simulačné metódy sa v súčasnosti používajú na predpovedanie procesu plnenia roztaveného plastu vo forme s cieľom racionálnejšieho návrhu formy a výberu umiestnenia alebo typu brány.
Po vytvarovaní roztaveného plastu vstupuje do procesu tuhnutia. Hlavným javom vyskytujúcim sa pri tuhnutí je zmršťovanie, ku ktorému dochádza súčasne v dôsledku chladenia a kryštalizácie. Obrázok 1-7 ukazuje zmršťovanie troch typov polyetylénu s rôznou kryštalinitou pri znižovaní teploty.
(a-PE s relatívnou hustotou 0,9645; b-PE s relatívnou hustotou 0,95; c-PE s relatívnou hustotou 0,918; d-Krivky rýchlosti ochladzovania: C1, C2, C3-všetky tri majú rovnakú rýchlosť chladenia.)