TECHNOLOGIE VSTŘIKOVÁNÍ PRŮVODNÍ JEVY působení smykových sil v tavenině ochlazování hmoty a zvyšování viskozity taveniny pokles tlaku od ústí vtoku k čelu taveniny nehomogenní teplotní a napěťové pole v tvářené hmotě NÁSLEDNÉ JEVY orientace makromolekul a vláknitého plniva smršťování hmoty krystalizace studené spoje vnitřní napětí - orientační - tepelná - expanzní - krystalizační - deformační amorfní termoplast VS (%) Ukázka nehomogenního teplotního pole výstřiku bezprostředně po vyjmutí z formy uspořádanost vláken semikrystalický termoplast izochromáty VS (%) PS, SAN, ABS 0,4 0,6 PE-LD 1,5 3,0 (4,0) SB 0,4 0,9 PE-HD 1,0 2,5 (4,0) PMMA 0,2 0,7 PP 1,5 3,0 PC 0,6 0,75 POM 2,0 3,5 PA 1,0 2,0 Běhálek Luboš, Technická univerzita v Liberci výukový materiál Teorie zpracování nekovových materiálů -2010
TECHNOLOGIE VSTŘIKOVÁNÍ následné jevy výstřiků Orientace nastává při zpracování termoplastů, u reaktoplastů se vlivem zesíťování neobjeví. Princip spočívá v tom, že rychle chladnoucí tavenina plastu se protlačuje vysokým tlakem vtokovým systémem a průřezy ve formě a normálně zkroucené makromolekuly se narovnávají ve směru toku a v této nerovnovážné poloze ztuhnou. Čím více jsou makromolekuly vedle sebe, tím větší je stupeň orientace. Směr srovnání makromolekul určuje směr orientace. Výsledkem orientace je anizotropie vlastností, která má za následek: vzrůst pevnosti a modulu pružnosti ve směru orientace na úkor tažnosti a opačně pro směr kolmý na směr orientace; změnu hodnot výrobního smrštění, kdy smrštění ve směru toku je jiné, než ve směru kolmém; zvětšení dodatečného smrštění ve směru orientace (!!!); pokles odolnosti proti korozi za napětí; pokles součinitele teplotní roztažnosti ve směru orientace a vzrůst ve směru kolmém; vzrůst součinitele tepelné vodivosti ve směru orientace proti kolmému směru. Možnosti ovlivnění orientace makromolekul jsou buď pomocí teploty taveniny a teploty formy nebo pomocí tlaku a rychlosti. Jednoduše se dá říci, že vyšší teplota taveniny a formy snižuje orientaci, kdežto použitý vyšší tlak zvyšuje orientaci a anizotropii. S vyšší rychlostí vstřiku orientace v průměru klesá. Podmínky pro vznik orientované struktury nejsou ve všech místech výstřiku stejné, takže stupeň orientace se ve výstřiku mění jednak ve směru tloušťky stěny, jednak se vzdáleností od vtoku.
TECHNOLOGIE VSTŘIKOVÁNÍ následné jevy výstřiků Smršťování výrobku Smrštění polymerního výstřiku není při vstřikování materiálovou konstantou, ale je také závislé na technologickém režimu výroby a jeho geometrickém tvaru!!! Smrštění se projevuje hlavně v průběhu tuhnutí taveniny polymeru a v čase bezprostředně následujícím po vyjmutí výstřiku z formy. Rozeznáváme přitom tzv. VÝROBNÍ smrštění a DODATEČNÉ smrštění, které je v důsledku orientace makromolekul a plniva rozdílné v podélném a příčném směru. Neboť se vstřikované výrobky začínají používat již brzy po výrobě, probíhá dodatečné smrštění často až společně s funkčními rozměrovými změnami výrobku. Za nepříznivých podmínek může tato změna rozměrů způsobit až nefunkčnost výrobku. Jelikož se při vyšších teplotách dodatečné smrštění urychluje, dá se zčásti předem realizovat tepelným zpracováním (temperováním v horké komoře při teplotě dané konkrétnímu plastu) a omezit tak nežádoucí změny rozměrů během používání výrobků s vysokými požadavky na přesnost rozměrů. Zdroj: Hisem, P.: Vliv podmínek vstřikování na smrštění výstřiků z termoplastů. Disertační práce. Liberec : TU v Liberci, 2003.
TECHNOLOGIE VSTŘIKOVÁNÍ Smrštění /příklad/ T tm = ca. 10 o C!!! (nevhodné) B D A C E Tolerance rozměrů předepsaná na výkresové dokumentaci L = 173,40 0,1 mm 1 den 2 den 3 den 4 den 5 den 6 den 7 den 8 den 9 den 10 den 11 den Možná tolerance L = 173,40 +0,1 Vliv změny technologických parametrů vstřikování na výsledné smrštění výstřiku, prováděné v důsledku nízké tolerance rozměrů předepsané výkresovou dokumentací. Dle technických předpisů bylo možné využít vyšší tolerance a zabránit tak změnám technologických parametrů, které mají za následek změnu vlastností výstřiku (v pozitivním i negativním směru).
TECHNOLOGIE VSTŘIKOVÁNÍ Smrštění /příklad/ Výstřik dle ISO 294 Výrobní smrštění roste: s vyšší teplotou formy s kratší dobou chlazení s rostoucí tloušťkou stěny Dodatečné smrštění roste: s nižší teplotou formy
povrchová vrstva TECHNOLOGIE VSTŘIKOVÁNÍ následné jevy výstřiků Krystalizace Krystalizace může nastat pouze u semikrystalických plastů a probíhá hlavně při tuhnutí taveniny ve formě (PRIMÁRNÍ KRYSTALIZACE). Ve výrobku následně probíhá i dodatečná krystalizace, která může být spojena s jistými deformacemi nebo i vznikem vnitřního pnutí (SEKUNDÁRNÍ KRYSTALIZACE). Zvýšené teploty dodatečnou krystalizaci podporují. Krystalizace závisí na rychlosti tuhnutí taveniny plastu, která ovlivňuje heterogenitu krystalizačních útvarů (sférolitů) v průřezu výstřiku (na jeho povrchu a v jádře) a také výsledný obsah krystalické fáze (stupeň krystalinity). Výsledný stupeň krystalinity, jakož i heterogenita velikosti sférolitů v průřezu výstřiků ovlivňují jeho výsledné vlastnosti. Pro dosažení vyšší pevnosti a tuhosti výstřiku je zapotřebí dosáhnout co nejvyššího stupně krystalinity a nejmenší velikosti sférolitů (chladnutím za teploty krystalizace, kdy vzniká největší počet krystalizačních zárodků). Tento proces lze ovlivnit nukleačními činidly, která urychlují krystalizační proces a vznikne jemná struktura s minimálním vnitřním napětím. A B C A- povrchová vrstva, B transkrystalická vrstva s kolmo orientovanými útvary, C sférolitické jádro
TECHNOLOGIE VSTŘIKOVÁNÍ následné jevy výstřiků Vnitřní napětí Vnitřní napětí výstřiku má za následek jeho předčasné porušení (při podstatně menším vnějším namáhání během provozu součásti), než se očekávalo. Vstřikování je provázeno VŽDY vznikem vnitřního napětí. Tomu nelze zabránit, pouze je možné řídit proces tak, aby nepříznivý vliv vnitřního napětí na vlastnosti výstřiku byl co nejmenší. Rozdílná orientace makromolekul a plniva ve výstřiku Dojde-li vlivem příliš vysokého vstřikovacího tlaku k přehuštění dutiny formy taveninou plastu a když se výstřik v okamžiku otevírání formy nachází ještě pod tlakem tzv. EXPANZNÍ V.P. tzv. ORIENTAČNÍ V.P. MOŽNÉ PŘÍČINY VZNIKU VNITŘNÍHO NAPĚTÍ VE VÝSTŘIKU Předčasné vyhazování ne zcela ztuhlého výstřiku z dutiny formy, který navíc lne k povrchu líce formy větší nebo menší silou tzv. DEFORMAČNÍ V.P. Různé smršťování oblastí výstřiku a dodatečné smršťování hmoty tzv. TEPELNÁ V.P. Nerovnoměrné ochlazování výstřiku (na povrchu je ochlazení prudké a smrštění malé, kdežto v jádře je tomu naopak) tzv. OCHLAZOVACÍ V.P. Všechna uvedená vnitřní napětí se spolu na výstřiku sčítají, takže výsledná napjatost je složitá a v objemu výrobku nerovnoměrně rozložená. Výsledkem superpozice bývá převážně tlakové pnutí v podpovrchové vrstvě a tahové pnutí uvnitř stěny, povrchová vrstvička mívá tlakové nebo tahové pnutí.