fazy procesu wtrysku

TECHNOLOGIE MECHANICZNE
CHEMIA POLIMERÓW
KSZTAŁTOWANIE WŁASNOŚCI WYROBU W FORMIE
Cz. I - FAZA WYPEŁNIANIA
Henryk Zawistowski
PLASTECH H.ZAWISTOWSKI
Politechnika Warszawska
Wydział Inżynierii Produkcji
interdyscyplinarność
przetwórstwa
tworzyw
Konferencja Techniczna :PLASTECH’2013
Serock 12-13.04.2013
RÓŻNICE…
NICE…
IE
EN
CH
CH
IK
EM
Szczepienie, sieciowanie, grupy końcowe
A
A
IK
EM
Szczepienie, sieciowanie, grupy końcowe
Rozrzut masy
cząsteczkowej
Stopień polimeryzacji
poziom konieczny
Taktyczność
Skład kopolimerów
Krystaliczność
Morfologia,
budowa nadcząsteczkowa
poziom istniejący
poziom konieczny
Własności przetwórcze: reologiczne, termiczne
?
Tworzywa: modyfikacje, typy, aplikacje, wyroby
CH
CH
IK
AN
IK
AN
INŻ
INŻYNIERIA
PRODUKCJI
Maszyny, formy, procesy, projekty CAD, CAM
A
A
4
FAZY PROCESU WTRYSKU -
200
D
150
4.
400
Ciśnienie docisku
Ciśnienie wtrysku
250
Droga ślimaka (mm)
Ciśnienie (bar)
Własności optyczne i mechaniczne
ME
ME
Maszyny, formy, procesy, projekty CAD, CAM
początek wtryskiwania
masa dopływa do czujnika
wypełnianie gniazda,
punkt przełączania ciśnienia,
sprężanie,
max. ciśnienie w formie,
malejące ciśnienie docisku,
zakrzepnięcie przepływu masy,
chłodzenie wypraski,
600
?
NI E
ZE
NI E
ZE
B.
800
Morfologia,
budowa nadcząsteczkowa
R
OJ
SP
R
OJ
SP
Tworzywa: modyfikacje, typy, aplikacje, wyroby
1200
1000
Skład kopolimerów
Krystaliczność
PRZETWÓRSTWO
TWORZYW
SZTUCZNYCH
Własności przetwórcze:
reologiczne,
termiczne
3
1.
C. 2.
2-3.
3.
3-4.
4.
4-5.
5.
4-6.
Taktyczność
poziom istniejący
Własności optyczne i mechaniczne
INŻ
INŻYNIERIA
PRODUKCJI
INŻ
INŻYNIERIA
MATERIAŁ
MATERIAŁOWA
IE
EN
RZ
Rozrzut masy
cząsteczkowej
Stopień polimeryzacji
RÓŻNICE…
NICE…
Monomery
RZ
OJ
SP
INŻ
INŻYNIERIA
MATERIAŁ
MATERIAŁOWA
OJ
SP
Monomery
4
5
Zakrzepnięcie przewężki
100
Ciśnienie atmosferyczne
200
50
5.
3.
E.
A.
1. 2.
6.
2
ciśnienie
właściwe,
4
ciśnienie
w formie
6
8
droga
ślimaka
Czas (s)
A.- początek wtryskiwania,
B.- redukcja prędkości,
C.- max. ciśnienie wtrysku w
punkcie przełączania,
D.- ciśnienie docisku,
E.- ciśnienie dozowania.
Wypełnienie gniazda
1 2
3
Dojście tworzywa do pozycji czujnika
6
Czas
Start wtrysku
6
- wypełnianie gniazda formy
1.1. Charakter przepływu cieczy
Ciśnienie wtrysku
4
Przepływ laminarny
(spokojny)
Przepływ turbulentny
(burzliwy)
5
● geometria
wyrobu
● Jakość
powierzchni
● Wygląd
1 2
3
0,05 ÷ 3s
wpłynięcie
tworzywa
do gniazda
formy
objętościowe
wypełnienie
gniazda
● Budowa
wewnętrzna:
- orientacja
cząsteczek i
wypełniaczy
włóknistych
- wady ukryte
6
Czas
TWORZYWA:
Woda , olej, ciekły metal…
nie następuje mieszanie warstw
7
1.2. Warunki wypełniania :
a.
b.
- przechłodzony strumień nie jest związany strukturalnie z wypraską.
odlewanie ciśnieniowe metalu
nie rozbity strumień tworzywa
Efekt zamrożonej strugi – zbyt szybki przepływ powoduje powstanie
tzw. swobodnego strumienia przy wypływie tworzywa z przewężki
11
warunki wypełniania nie rozbitym strumieniem
13
Programowanie prędkości wypełniania w formie
Wykorzystanie efektu powstawania „grzybka”
v2
v1
v1 = v2
prędkość wtrysku = const..
szybko
wolno
szybko
PROGRAMOWANIE
14
PROFIL PRĘDKOŚCI PRZEPŁYWU
- gwałtowna zmiana kierunku przepływu
efekt karbu wewnętrznego
pęknięcia podczas
użytkowania
s
1. Odpowietrzenie
2. . wlew
na charakter przepływu wpływają :
0,3 – 0,5 s
ponadto:
geometria gniazda formy:
długość drogi płynięcia – W KANALE I GNIEŹDZIE,
ZJAWISKA:
ostre krawędzie,
- zawirowania i martwe strefy przepływu,
gwałtowne zmiany grubości,
- skutki efektu fontannowegoy płynięcia – W KANALE I GNIEŹDZIE
gwałtowne zmiany kierunku przepływu,
- przepływ
wtórny
WPŁYW OSTRYCH KRAWĘDZI NA CHARAKTER PRZEPŁYWU STRUGI TWORZYWA
wpływ ostrych krawędzi na charakter przepływu strugi tworzywa
ZAWIROWANIE
MARTWA PRZESTRZEŃ
skutki zawirowania wypełniaczy włóknistych
zawirowania strugi powodują koagulację pigmentów
np. PA GF
SKUTKI:
efekt karbu
matowe plamy
efekt karbu
WTÓRNA LINIA
ŁĄCZENIA
BŁĄD!
ostre krawędzie
wypraski
ZAWIROWANIE,
MARTWA PRZESTRZEŃ
efekt fontannowy płynięcia czoła strugi tworzywa w przekroju
kanału i gniazda formy
ZAKRZEPNIĘTA WARSTWA POWIERZCHNIOWA
(brzegowa):
•
zabezpiecza rdzeń przed zbyt wczesnym
zakrzepnięciem w fazie docisku.
•
ułatwia poślizg płynącego rdzenia.
● jej grubość wpływa na prędkość przepływu
TWORZENIE WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ W WYNIKU tzw. EFEKTU FONTANNOWEGO
PŁYNIĘCIA STOPU.
25
czoło płynięcia
MAGAZYN……………………. WTRYSKU
TWORZYW TERMOPLASTYCZNYCH
warunek drożności przewężki
Przepływ fontannowy
Forma
- forma gorąca
czoło płynięcia
warstwa zastygnięta
- forma zimna
Forma
dobrze
Forma
źle
- dławienie przepływu
1.06P
© Copyright by Henryk Zawistowski
korek
- matowe powierzchnie wyprasek z tworzyw z włóknem szklanym
Zimna forma
zbyt wczesne ochłodzenie czoła strugi
skurcz masy
przesunięcie warstwy powierzchniowej
włókno szklane
EFEKT PŁYTY
GRAMOFONOWEJ
- srebrzyste smugi pęcherzyków gazowych
- łuszczenie powierzchni wypraski
łuszczenie
para wodna
gazowe produkty
rozkładu
- barwnik lub koncentrat nie mieszający się z tworzywem
- dodatek przemiału zanieczyszczonego innym tworzywem
„efekt grzebienia” - skutek przepływu wtórnego
1.3. LINIE ŁĄCZENIA STRUG
ciśnienie atmosferyczne
zatrzymane czoło płynięcia
UWAGA!
- środki rozdzielające tworzą błonę utrudniającą połączenie strug
karb
34
- przepływ wtórny
miejsca rozdzielenia i łączenia strug
linie łączenia wypraski z wypełniaczem włóknistym
linia
łączenia
- w miejscu linii łączenia nie następuje łączenie i przenikanie
włókien wypełniacza
- występuje stały efekt karbu
UWAGA!
- dotyczy również wyprasek z ABS
SKUTKI!
- widoczne wady powierzchni
- najwyższa podatność na uszkodzenie podczas użytkowania
morfologia linii łączenia
karb, widoczna linia łączenia
kierunek orientacji warstwy
powierzchniowej
skurcz kierunkowy w wyprasce
zamknięcie powietrza wewnątrz ścianki użebrowanej
wypraski
przebieg zamykania powietrza w wyprasce z PA GK
zgrubienia
żeber tworzące
główne kanały
przepływu
zamknięcia powietrza
linie łączenia
linie łączenia
kierunek
przepływu
Shell Chemicals
1.4. Zjawisko orientacji cząsteczek I wypełniaczy
- zamknięcie wypieranego powietrza
„łezki”
kierunek orientacji
podczas przepływu
pierwotny
kształt
cząsteczek
skłębione
rozciągnięte
włókna
szklane
Utrwalony stan
orientacji
anizotropia własności mechanicznych
zamrożony stan orientacji jest przyczyną:
• zróżnicowania kierunkowego - anizotropii
własności fizyko-mechanicznych wypraski
obciążenie,
• anizotropii skurczu powodującej kierunkowe
zróżnicowanie wymiarów, naprężenia
odkształcenia
kierunek płynięcia,
orientacja
i
SKUTKI STANU ORIENTACJI SĄ NIEUSUWALNE
– również podczas późniejszej obróbki cieplnej wyprasek
pękanie
43
symulacja ułożenia włókien szklanych w wyniku orientacji
wysoki stopień orientacji w cienkościennej wyprascei o
grubości ścianki 0,6 mm.
stopień orientacji
czas wypełniania
grubość ścianki
zakłócenia orientacji
– najsłabsze miejsce
wypraski
w
le
w
Bardzo niska wytrzymałość w
kierunku poprzecznym
(anizotropia własności)
orientacja poprzeczna
na krawędzi
Pęknięcia kieliszka z PS
powodowane wysokim
stopniem orientacji wzdłużnej.
46
zjawisko przepływu poprzecznego w rdzeniu wypraski
Orientacja wzdłużna
Orientacja wzdłużna i poprzeczna
(naprężenia ścinające)
(przez rozciąganie strumienia tworzywa)
orientacja wzdłużna
kierunki orientacji włókien szklanych
Orientacja wzdłużna włókna szklanego w warstwie powierzchniowej i
poprzeczna w części rdzeniowej wypraski
V3
V3
V2
S1
S2
V2
V1
V1
wlew szczelinowy
wg. Du Pont
wlew punktowy
48
Wpływ kierunku orientacji włókien szklanych na własności
mechaniczne wypraski
naprężenie
w kierunku płynięcia
w poprzek kierunku płynięcia
(suchy)
Grubośc próbki: 2 mm
wydłużenie
50
typowe odkształcenie płytki przy wtrysku centralnym
przykład występowania odstępstw od założeń projektowych:
Pojęcie „otwór
okrągły” w wypraskach wtryskowych, jest
iluzją;
zależnie od położenia miejsca wtrysku występuje:
- anizotropia skurczu
powodujące różnicowanie skurczu i nieusuwalne odkształcenia
Cz. I
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ
I ZAPRASZAM….
Cz. II
Cz. III
Cz. IV