◆Charakteristika typických transparentných plastov
Transparentné plasty a ich vlastnosti pri vstrekovaní
S neustálym pokrokom vo výskume a vývoji materiálov je čoraz väčší počet optických materiálov vhodných na výrobu transparentných produktov. Ak vezmeme ako príklad optické šošovky, široko používané v optických výrobkoch s vysokými požiadavkami na kvalitu a komplexnú technológiu vstrekovania, ako je znázornené na obrázku, materiál na vstrekovanie bežných plastových šošoviek sa často vyberá pre svoju nízku cenu, vysokú efektivitu výroby, silnú stabilitu a vysokú priepustnosť. V porovnaní s plastovými surovinami pre bežné plastové šošovky sú požiadavky na vstrekovacie materiály pre plastové šošovky zobrazovacej optiky ešte prísnejšie. Plastová surovina musí mať nielen vlastnosti, ako je vysoká transparentnosť, dobré mechanické vlastnosti, silná stabilita a dobrá tekutosť, ale výber materiálu musí byť založený aj na špecifických výkonnostných charakteristikách, ako je index lomu.
Bežne používané vstrekovacie materiály na zobrazovanie optických plastových šošoviek zahŕňajú polymetylmetakrylát (PMMA), polykarbonát (PC) a cyklické olefínové polyméry (COP). Spomedzi nich sa vysoko-transparentný PMMA široko používa pri vstrekovaní plastových šošoviek. PMMA sa používa nielen pri výrobe stredných-až{4}}nízko presných plastových šošoviek s veľkým{5}}priemerom, ako sú kondenzorové šošovky, Fresnelove šošovky, projekčné šošovky a šošovky automobilových svetlometov, ale aj pri výrobe-vysoko presných plastových šošoviek, ako sú šošovky laserových tlačiarní, šošovky fotoaparátov a šošovky CD/DVD čítačiek, šošovky pre mobilné telefóny PMMA má vysokú pevnosť a tvrdosť, ako aj optické vlastnosti, ako je vysoké Abbeovo číslo a nízky dvojlom. PMMA však stále predstavuje niekoľko výziev ako plastová surovina pre optické šošovky. Napríklad vo vlhkých podmienkach spôsobuje absorpcia vody PMMA zmeny v indexe lomu plastovej šošovky, čo vedie k objemovej expanzii a zmenám celkových štrukturálnych rozmerov. Okrem toho je teplota skleného prechodu PMMA 100 stupňov a tepelná odolnosť plastových šošoviek je relatívne nízka, čo výrazne obmedzuje rozsah použitia PMMA.
Polykarbonát (PC) je bežne používaný optický materiál, ktorý sa bežne používa v šošovkách automobilových svetlometov, šošovkách rozptyľujúcich lúč- a iných optických šošovkách. PC má vysokú transparentnosť, tepelnú odolnosť, vysokú pevnosť a vysoký index lomu a je považovaný za jeden z plastových materiálov s najlepšou rázovou húževnatosťou. Avšak PC objektívy majú stále značné nevýhody. Napríklad fotoelastický koeficient PC šošoviek je niekoľkonásobne vyšší ako koeficient PMMA, čo má za následok výrazný dvojlom, ktorý vážne ovplyvňuje kvalitu optického zobrazenia plastovej šošovky. Okrem toho má PC materiál veľkú mieru zmrštenia, vďaka čomu sú plastové šošovky veľmi náchylné na deformáciu s väčším stupňom deformácie ako PMMA.
Cyklické olefínové polyméry (COPs) sú prstencové polyméry{0}} syntetizované pomocou cyklických olefínov ako monomérov. COP majú vysokú transparentnosť, nízku hygroskopickosť, nízky dvojlom a dobrú spracovateľnosť. Okrem toho COP vykazujú vynikajúcu environmentálnu stabilitu, zostávajú štrukturálne nezmenené aj keď absorbujú vlhkosť a často sa používajú ako náhrada PMMA v plastoch. COP sú však extrémne drahé a stoja približne desaťkrát viac ako PMMA. Použitie COP ako materiálu na vstrekovanie výrazne zvyšuje výrobné náklady plastových šošoviek.
Vo všeobecnosti šošovky vyrobené z PC vykazujú výrazný dvojlom, čo sťažuje zaručenie kvality obrazu. COP a PMMA ponúkajú jedinečné výhody z hľadiska mechanických vlastností a štrukturálnej stability. COP je však extrémne drahý, zvyšuje výrobné náklady a porušuje ekonomické princípy. Na druhej strane PMMA je relatívne lacný a má veľkú ponuku na trhu, vďaka čomu je vhodný na výrobu nízko-nákladových a vysoko{4}}účinných optických plastových šošoviek na zobrazovanie. Okrem toho, vlastnosti toku taveniny PMMA možno zlepšiť zmenou parametrov procesu vstrekovania, čo umožňuje presnú replikáciu morfológie povrchu vstrekovacej formy.
Technológia vstrekovania priehľadných plastov
Pretožepriehľadné plastyvyžadujú vysokú priepustnosť svetla, kvalita povrchu plastových výrobkov musí byť prísne kontrolovaná. Chyby, ako sú škvrny, póry, bielenie, zákal, čierne škvrny, zmena farby a slabý lesk, sú neprijateľné. Preto si celý proces vstrekovania vyžaduje starostlivú pozornosť a prísne, dokonca aj špecializované požiadavky na suroviny, zariadenia, formy a dokonca aj dizajn produktu.
Po druhé, kvôli vysokej teplote topenia a zlej tekutosti priehľadných plastov sú často potrebné jemné úpravy parametrov procesu, ako je teplota stroja, vstrekovací tlak a rýchlosť vstrekovania, aby sa zabezpečila kvalita povrchu. To zaisťuje úplné naplnenie formy bez vytvárania vnútorného napätia, ktoré by mohlo viesť k deformácii produktu a praskaniu. Nasledujúca časť analyzuje kľúčové úvahy týkajúce sa prípravy surovín, požiadaviek na vybavenie a formy, procesov vstrekovania a manipulácie so surovinami.
Kľúčové technické body pred vstrekovaním
Príprava a sušenie surovín
Keďže aj najmenšia nečistota v plaste môže ovplyvniť priehľadnosť produktu, je dôležité udržiavať tesné tesnenie počas skladovania, prepravy a podávania, aby sa zabezpečilo, že suroviny budú úplne čisté. Predovšetkým prítomnosť vlhkosti v surovinách môže spôsobiť znehodnotenie pri zahrievaní, preto je nevyhnutné dôkladné vysušenie. Pri vstrekovaní musí byť na kŕmenie použitá sušiaca násypka. Je tiež dôležité poznamenať, že vzduch privádzaný počas procesu sušenia by mal byť v ideálnom prípade filtrovaný a odvlhčený, aby sa zabránilo kontaminácii surovín.
Čistenie hlavne, skrutky a príslušenstva
Aby sa zabránilo kontaminácii surovín a hromadeniu starého materiálu alebo nečistôt v skrutke a jej príslušenstve, je potrebné venovať osobitnú pozornosť tomu, aby sa zabránilo zadržiavaniu starého materiálu so zlou tepelnou stabilitou. Pred a po použití je potrebné vstrekovací lis dôkladne vyčistiť pomocou čističa skrutiek, aby boli všetky vstrekovacie komponenty zbavené nečistôt. Ak nie je k dispozícii čistič skrutiek, na vyčistenie skrutky je možné použiť plasty PE alebo PS. Počas dočasných odstávok, aby sa predišlo degradácii spôsobenej dlhodobým vystavením suroviny vysokým teplotám, by sa mala teplota sušičky a suda znížiť. Ak vyrábate PC, PMMA alebo iné plasty, teplota valca by sa mala znížiť pod 160 stupňov. Okrem toho, pri použití PC ako suroviny by sa teplota sušenia násypky mala znížiť pod 100 stupňov.
Problémy, ktoré treba zvážiť pri navrhovaní foriem (vrátane dizajnu produktu)
Aby sa predišlo zlému tvarovaniu plastov, povrchovým defektom a poškodeniu spôsobenému zlým pretavením alebo nerovnomerným chladením, mali by sa pri navrhovaní formy vo všeobecnosti zvážiť nasledujúce body.
01
Hrúbka steny by mala byť čo najrovnomernejšia a uhol ponoru by mal byť dostatočne veľký.
02
Prechodová časť by mala byť postupne a plynulo zaoblená, aby sa predišlo ostrým rohom a hranám, najmä pri produktoch PC, ktoré musia byť bez zárezov.
03
Brána a bežec by mali byť čo najširšie a najkratšie a poloha brány by mala byť nastavená podľa procesu zmršťovania a tuhnutia. V prípade potreby by sa mala pridať studená studňa.
04
Povrch formy by mal byť hladký s nízkou drsnosťou (najlepšie pod 0,8 µm).
05
Musí existovať dostatok vetracích otvorov a kanálov na rýchle odstránenie vzduchu a plynov z roztaveného materiálu.
06
S výnimkou PET by hrúbka steny nemala byť príliš tenká, vo všeobecnosti nie menšia ako 1 mm.
Problémy, ktoré treba zvážiť pri procesoch vstrekovania (vrátane požiadaviek na vstrekovacie stroje)
Aby sa znížilo vnútorné napätie a chyby v kvalite povrchu, mali by sa pri procese vstrekovania brať do úvahy nasledujúce aspekty:
Použite vstrekovací lis s vyhradenou skrutkou a samostatnou tryskou s-riadenou teplotou.
01
Teplota vstrekovania: Výhodnejšia je vyššia teplota vstrekovania za predpokladu, že sa plastová živica nerozloží.
02
Vstrekovací tlak: Vo všeobecnosti vyšší, aby sa prekonala vysoká viskozita taveniny, ale nadmerný tlak môže spôsobiť vnútorné napätie, ktoré spôsobí ťažkosti pri vyberaní z formy a deformáciu.
03
Rýchlosť vstrekovania: Vo všeobecnosti nižšia, pričom sa zabezpečí plnenie formy, ideálne pomocou viacstupňovej metódy vstrekovania pomaly{1}}rýchlo{2}}pomaly.
04
Doba zdržania a tvarovací cyklus: Kratší, pričom sa zaisťuje plnenie produktu a predchádza sa stopám a bublinám, aby sa minimalizovala doba zotrvania roztaveného materiálu vo valci.
05
Rýchlosť skrutky a spätný tlak: Čo najnižšie pri zabezpečení kvality plastifikácie, aby sa znížila možnosť delaminácie.
06
Teplota formy: Kvalita chladenia produktu má veľký vplyv, takže teplota formy musí byť presne kontrolovaná. Ak je to možné, teplota formy by mala byť vyššia.
07
Iné problémy
Aby sa predišlo zhoršeniu kvality povrchu, mali by sa uvoľňovacie prostriedky počas vstrekovania používať s mierou; množstvo recyklovaného materiálu by nemalo presiahnuť 20 %. Okrem PET by všetky produkty mali prejsť po-úprave, aby sa uvoľnil vnútorný stres. PMMA by sa mal sušiť v cirkulácii horúceho vzduchu pri teplote 70–80 stupňov počas 4 hodín; PC by sa malo zohrievať v čistom vzduchu, glyceríne, tekutom parafíne atď. na 110–135 stupňov po dobu v závislosti od produktu, niekedy si to vyžaduje viac ako 10 hodín. PET musí prejsť procesom biaxiálneho naťahovania, aby sa dosiahli dobré mechanické vlastnosti.
