Tempering injection molds - an important prerequisite for the production of injection molded thermoplastics, part 1

Bohu�el, mnohdy se tomuto procesnímu parametru nev�nuje pat�i�ná pozornost a p�ípadné vady výst�iku se hledají jinde a p�ipisují jiným p�í�inám ne� vadám v temperaci vst�ikovací formy.

Jak tedy a v jaké mí�e ovliv�uje teplota formy-pod tímto pojmem budeme nadále v�dy rozum�t, �e se jedná o teplotu st�ny tvarové dutiny formy- proces vst�ikování termoplast�?

Vliv teploty formy - amorfní termoplasty

Amorfní materiály vysta�í s kratším dotlakem a mají oproti �áste�n� krystalických materiál�m menší objemovou kontrakci, smršt�ní obvykle pod 1 % a naopak vy�adují delší dobu chlazení z d�vodu širokého pásma tuhnutí – zamrzlá vn�jší vrstva musí zajistit vyhození výst�iku z formy bez jeho deformace a bez vad povrchu (probo�ení vyhazova��, místní deformace – zb�lení u vyhazova��, atd.).

Smršt�ní je u t�chto materiál� ur�eno zejména teplotními d�ji, a proto jeho minimalizaci napomáhá:

- vysoká homogenita teploty taveniny

- optimalizovaný systém temperace formy – teplota st�n tvarové dutiny formy má být místn� stejná – rozdíl teplot tempera�ní kapaliny na vstupu a výstupu z formy by má být cca 3 a� 5 ºC do plusu

- rychlé chlazení (nízká teplota formy) vyvolá silnou orientaci makromolekul na povrchu výst�iku a tím i vznik vysokého obsahu vnit�ního pnutí, a to v podélném i p�í�ném sm�ru ke sm�ru toku taveniny

- rychlé chlazení má za následek i horší povrchový vzhled

- pomalé chlazení (vyšší teplota formy) sni�uje orientaci makromolekul, sni�uje obsah vnit�ního pnutí

- pomalé chlazení má kladný vliv na povrchový vzhled výst�iku

Vliv teploty formy - �áste�n� krystalické termoplasty

Výst�iky z �áste�n� krystalických materiál� by po relativn� delší dob� dotlaku, oproti amorfním materiál�m, bylo mo�no po uplynutí doby dotlaku ji� z formy vyhodit – krystalická struktura výst�ik �iní ji� dostate�n� tuhým, ale je nutno ješt� p�ipravit dávku taveniny pro další pracovní cyklus. Pro zpracování t�chto materiál� jsou výhodou vst�ikovací stroje s pohony umo��ujícími sdílení pohyb�, co� m��e vést k podstatné úspo�e doby cyklu (nap�. plastikace p�i otevírající se form� apod.).

V�tšina kritérií uvedených pro amorfní plasty je aplikovatelná a platí i pro �áste�n� krystalické materiály. U nich je nutno navíc vzít v úvahu, zda procesní stav výst�iku umo��uje maximalizovat obsah krystalického podílu a tedy i výrobního smršt�ní �i nikoliv.

Po�adí vliv� na maximalizaci hodnoty smršt�ní pro stav po vyhození výst�iku z formy, tj. minimalizaci dosmršt�ní je následující:

- zvýšená teplota formy, neboli pomalejší chlazení, má vliv na zvýšení stupn� krystalizace v pr��ezu výst�iku, co� znamená v�tší smršt�ní a menší dosmršt�ní, menší vnit�ní pnutí, mo�nost vzniku v�tších krystalických útvar� s mo�ností vzniku lomových poruch na jejich rozhraní

- p�i zvýšené teplot� formy jako protiváha p�sobí mo�nost pou�ití zvýšeného dotlaku pro sní�ení objemového smršt�ní

- vyšší teplota formy umo�ní prodlou�ení doby pln�ní a dotlaku a tím dopravit do tvarové dutiny formy více taveniny, a tak více eliminovat objemovou kontrakci

- sní�ení teploty formy – rychlejší chlazení má za následek menší podíl krystalických útvar�, menší krystaly, menší výrobní smršt�ní a tím v�tší dosmršt�ní a v�tší obsah vnit�ního pnutí

-  p�i ni�ší teplot� taveniny nuklea�ní zárodky umo��ují rychlejší krystalizaci v orientované struktu�e a tím nár�st smršt�ní podél toku taveniny a jeho pokles ve sm�ru kolmém na tok, tj. zvýšení anizotropie výrobního smršt�ní

- pou�ití materiálu s vyšším indexem toku taveniny i p�i ni�ší teplot� taveniny zajistí dobré objemové napln�ní tvarové dutiny formy

- v�tší ústí vtoku (sní�ení odporu proti pln�ní a sní�ení smykového namáhání) také napomáhá lepšímu objemovému napln�ní dutiny formy.

Uvedené vlivy platí za p�edpokladu relativn� konstantní tlouš�ky st�n výst�iku. Jestli�e jsou na výst�iku r�zné tlouš�ky st�n, je u st�n s v�tší tlouš�kou gradient chlazení menší (st�ed st�ny je teplejší). To vede k r�znému stupni krystalizace a tím i k rozdílnému místnímu smršt�ní. Nestejné smršt�ní vyvolá ve výst�iku nap�tí, které má za následek deformaci - zkroucení dílu.

Další negativní vliv na deformaci má i anizotropie smršt�ní. Pro její minimalizaci platí:

- sní�it vst�ikovací tlak a zvýšit teplotu taveniny

- zm�nit teplotu formy a tím gradient rychlosti chlazení

- p�emístit ústí vtoku nebo pou�ít více vtok�

Vliv teploty formy na jednotlivé fáze vst�ikovacího procesu

Plastikace- dávkování
Na fázi p�ípravy polymerní taveniny nemá teplota formy vliv.

Vst�ikovací a kompresní fáze-fáze pln�ní tvarových dutin formy polymerní taveninou
Tato fáze má výrazný vliv na vzhled výst�ik� a jejich p�ípadné povrchové vady, nikoliv na rozm�ry a tvary výst�iku.

Teplota formy, p�i nastavení v rozmezí doporu�eném výrobcem granulátu, nemá na pln�ní tvarové dutiny taveninou p�ímý vliv, p�i�em� samoz�ejm� platí, �e se zvyšující se teplotou st�ny formy tavenina lépe zatéká do tvar� formy.

Z pohledu pln�ní tvarové dutiny polymerní taveninou jsou d�le�ité další procesní parametry-rychlost vst�ikování a její profil; vst�ikovací tlak, který musí být tak vysoký, aby realizoval maximální nastavenou vst�ikovací rychlost; teplota taveniny; rozd�lení viskozity taveniny v dávce; zp�sob a pr�b�h p�epnutí ze vst�ikovacího tlaku na dotlak - optimální p�epnutí ( plynulá tlaková odezva v dutin� formy), pozdní ( tlakový vzestup-pík na tlakové k�ivce ), d�ív�jší ( tlakový propad na tlakové k�ivce ). 

P�epnutí ze vst�ikovacího tlaku na dotlak
Ani na jeden ze zp�sob� p�epnutí ze vst�ikovacího tlaku na dotlak:

- p�epnutí po dosa�ení zvoleného �asu od za�átku pln�ní tvarové dutiny taveninou-�asové p�epnutí

- p�epnutí po dosa�ení zvoleného bodu nebo objemu na dráze pohybu šneku vp�ed p�i pln�ní dutiny polymerní taveninou-dráhové-objemové p�epnutí

- p�epnutí po dosa�ení zvolené hodnoty tlaku m��eného bu� v hydraulickém systému vst�ikovacího stroje nebo v tvarové dutin� formy v místech co nejblí�e ústí vtoku nebo v kanálu horkého rozvodu nemá teplota formy p�ímý vliv.

Dotlaková fáze
Technologické parametry ovliv�ující dotlakovou fázi jsou:

• tlaková úrove� dotlaku, resp. �asový pr�b�h tlaku
• doba dotlaku
• teplota formy
• teplota taveniny
• rychlost dotlaku

Vliv technologických parametr� na výst�ik:

- dotlak a doba jeho p�sobení ovlivn�ná teplotou formy má nejvýrazn�jší vliv na rozm�ry a tvary výst�iku, v�etn� jeho hmotnosti, p�i�em� je nutno si uv�domit, �e mezi rozm�ry a hmotností neexistuje korelace, tj. dva stejné výst�iky z té�e dutiny formy mající stejnou hmotnost mohou mít rozdílné rozm�ry.

- krom� smršt�ní, tj. rozm�rové a tvarové p�esnosti má dotlaková fáze vliv i na anizotropii smršt�ní.

- dotlaková fáze ovliv�uje i výskyt a odstran�ní lunkr� v pr��ezu výst�iku v míst� hromad�ní materiálu a na povrchu výst�ik� výskyt a odstran�ní propadlin.

- dotlaková fáze má vliv na orientaci makromolekul (zejména v oblasti okolo vtokových ústí) a tím i na obsah vnit�ního pnutí.

- doba dotlaku ovliv�uje i relaxa�ní pochody mající vliv na kone�nou anizotropii vlastností výst�iku.

- dotlaková fáze spolu s konstrukcí formy (tuhost) a volbou uzavírací síly vst�ikovacího stroje m��e mít vliv na tvorbu p�etok� v d�licích rovinách formy, zvýšení nep�esnosti rozm�r�, zejména u rozm�r� nevázaných formou a na schopnost vyhození výst�iku z formy p�i p�epln�ní tvarové dutiny formy.

Fáze chlazení výst�iku ve form�
P�i vst�ikování termoplast� rozlišujeme v oblasti chlazení výst�iku dva pojmy:

• ochlazování – zahrnuje dobu od objemového napln�ní tvarové dutiny formy a� po vyhození výst�iku z formy, tj. zahrnuje dobu dotlaku a dobu chlazení
• chlazení – doba od skon�ení dotlaku po vyhození výst�iku z formy

Technologické parametry ovliv�ující fázi chlazení:

- doba chlazení

- teplota formy

- teplota vyhazování výst�iku z formy

Vliv technologických parametr� na výst�ik:

• rychlost ochlazování (gradient) v intervalu nad teplotou zeskeln�ní T_g u amorfních a nad teplotou tání krystalického podílu u �áste�n� krystalických termoplast� je ur�ující pro relaxa�ní jevy ovliv�ující rozlo�ení orientace makromolekul a vnit�ní pnutí z orientace.
• gradient ochlazování pod T_g a pod teplotou tání krystalického podílu ur�uje zejména tepelné pnutí a krystalickou strukturu.
• obecn� platí, �e �ím je ochlazování výst�iku ve form� pomalejší, tj. teplota formy je vyšší a doba ochlazování delší, tím v�tší je u �áste�n� krystalických polymer� obsah krystalického podílu a v�tší velikost sférolit�.
• s rostoucím obsahem krystalického podílu vzr�stá smršt�ní, tuhost a pevnost, klesá dodate�né smršt�ní, ta�nost a hou�evnatost.
• teplota formy u amorfních termoplast� má výrazný vliv na povrchový lesk – se zvyšující se teplotou formy lesk vzr�stá.  

   -  u �áste�n� krystalických materiál� se zvyšující se teplotou formy lesk mírn� klesá nebo se nem�ní.

P�i vst�ikování termoplast� musíme vzít v úvahu, �e technologické parametry charakterizující jednotlivé fáze výrobního cyklu se navzájem ovliv�ují a �e se i jednotlivé, na sebe navazující fáze, také ovliv�ují.

Obecn� platí, �e nap�íklad teplota formy, resp. její zvýšení, zkracuje dobu pln�ní tvarových dutin formy, prodlu�uje mo�nou dobu dotlaku a dobu chlazení, umo��uje vst�ikovat vyšší vst�ikovací rychlostí a zlepšuje zatékání taveniny do tvarových prvk� formy. Zvýšení teploty taveniny má obdobný vliv jako zvýšení teploty formy.

2. �ást »

3. �ást »

4. �ást »