Badanie procesu wtryskiwania termoplastów

Badanie procesu wtryskiwania termoplastów
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z technologią wtryskiwania tworzyw
termoplastycznych (PE, PP, PS, ABS, PA6) oraz zbadanie wpływu niektórych
parametrów procesu na wygląd wyprasek oraz ich wytrzymałość mechaniczną i skurcz
prasowniczy.
Wykonanie ćwiczenia
Uwaga! Przed przystąpieniem do ćwiczenia należy dokładnie zapoznać się z
instrukcją obsługi i bezpiecznej pracy wtryskarki.
Do wtryskiwania użyć formy na następujące kształtki do badań: wiosełka 4x10x150
mm, beleczki 4x10x120 mm, beleczki 4x5x60 mm, krążki Φ 50x3 mm lub płytki 60x60x1 lub 2
mm. Celem zapewnienia podobnych warunków podczas wtryskiwania (zwłaszcza szybkości
wtryskiwania) różnych próbek zalecane jest stosowanie form z gniazdami dającymi
równocześnie jednego rodzaju kształtki (np. tyko beleczki lub tylko wiosełka). Można
zastosować także formę na kształtki techniczne (złączki, kubki itp.). W tym przypadku
uzyskanie z wyprasek kształtek do badań o powtarzalnych właściwościach jest często
niemożliwe ze względu na różną grubość wyprasek i związane z tym inne warunki
wypełniania poszczególnych fragmentów gniazda formującego. Formę na tego typu wypraski
można zatem wykorzystać do oceny przetwarzalności tworzywa, jego skurczu prasowniczego
itp.
Ze względu na przetwarzane różne rodzaje i typy tworzyw zakres regulowanego
ciśnienia wtryskiwania powinien się zawierać w przedziale 70 ÷150 MPa, ciśnienia
spiętrzającego podczas uplastyczniania - 10 ÷70 MPa, szybkości wtryskiwania: 10 ÷ 70
cm3/s, szybkości obrotowej ślimaka podczas fazy pobierania granulatu 20 ÷ 300 l/min. Siła
zamykania formy musi być większa niż siła rozwarcia wynikająca z konstrukcji formy i
wewnętrznego ciśnienia wtryskiwania. Maszyna powinna być wyposażona w układ regulacji
temperatury formy (termostat) i podzielone na 3÷4 strefy elektryczne ogrzewanie cylindra.
Przed rozpoczęciem ćwiczenia włączyć obieg wody chłodzącej okolice leja
zasypowego i olej układu hydraulicznego. Następnie uruchomić sterowanie wtryskarki
głównym wyłącznikiem prądu, znajdującym się na boku szafki sterowniczej. Ustawić
podstawowe parametry technologiczne: ciśnienie wtryskiwania, uplastyczniania, szybkość
wtryskiwania, temperaturę poszczególnych stref grzejnych cylindra wartości zależnie od
właściwości przetwarzanego tworzywa (tabela 1). Przy nastawianiu tych parametrów
skorzystać ze skróconej instrukcji obsługi wtryskarki Battenfeld PLUS 350/75.
Włączyć silnik pompy oraz układ ogrzewania cylindra. Po dogrzaniu się ścianki
cylindra do żądanej temperatury i osiągnięciu przez olej hydrauliczny temperatury 40 °C
można rozpocząć próbne cykle wtryskiwania Wcześniej włączona jest automatyczna blokada,
która nie pozwala na rozpoczęcie pracy.
Wykonać 10 próbnych cykli wtryskowych i po uzyskaniu prawidłowych wyprasek
zmierzyć ich podstawowe wymiary po schłodzeniu do temperatury pokojowej. Zmierzyć
długość i szerokość beleczek oraz wiosełek i średnicę krążka. Podobne pomiary wykonać dla
innych wartości parametrów prasowania (zgodnie z ustalonym przez prowadzącego ćwiczenia
programem):
•
•
•
•
•
czas docisku: 0,5÷20 s,
szybkość wtryskiwania 10÷70 cm3/s ,
ciśnienie wtryskiwania: 50÷120 MPa,
czas chłodzenia wyprasek w formie: 20÷120 s,
stopień napełnienia cylindra tworzywem: 4 wielkości.
Uwaga! Podczas zmiany jednego z parametrów, np. czasu wtryskiwania, pozostałe
pozostają nie zmieniane i są równe podanym na wstępie ćwiczenia wartościom.
Dla każdej kombinacji parametrów wykonać 10 cykli wtryskowych. Po wykonaniu
wtryskiwania każdą wypraskę trzeba dokładnie obejrzeć. Należy zwrócić uwagę na wygląd i
połysk powierzchni wyprasek, dokładnie je oznakować, aby do następnych badań
przeznaczyć odpowiednie serie.
Zagadnienia literaturowe przydatne do opracowania
przed wykonaniem ćwiczenia
1. Istota prasowania wtryskowego:
• tłokowego,
• ślimakowego.
2. Wykres Gilmore’a-Spencera ciśnienie wewnętrzne, temperatura formy, czas cyklu wtryskowego.
3. Zasadnicze parametry procesu.
4. Zasady wtryskiwania wyprasek precyzyjnych.
5 Konstrukcja prasy wtryskowej:
• konstrukcja układu uplastyczniająco-wtryskowego (konstrukcja ślimaka wtryskowego),
• konstrukcja układu zamykającego formę.
Tabela 1. Niektóre właściwości fizyczne i parametry wtryskiwania wybranych
termoplastycznych tworzyw sztucznych
Właściwości fizyczne
Rodzaj
tworzywa
Podstawowe parametry wtryskiwania
Ciepło
Skurcz
Ciśnienie
Temperatura
Temperatura
Dopuszczalna
właściwe,
prasowniczy,
wtrysku,
wtrysku, °C
formy, °C
wilgotność
J/gK
%
MPa
1,02÷ 1,07
1,25
0,4÷0,6
60÷120
170÷250
20÷70
0,3
SAN
1,08
1,46
0,4÷0,6
70÷135
180÷240
15÷65
0,25
ABS
1,03÷1,15
1,43
0,4÷0,7
80÷180
180÷250
60÷80
0,2
PELD
0,915÷0,925
2,3
1,0÷3,0
55÷105
190÷270
10÷60
-
PEHD
0,94÷0,965
2,3
1,5÷4,0
220÷310
10÷100
-
PP
0,9÷0,91
1,67
1,5÷3,0
50÷120
min 90
270÷300
50÷80
-
PVC-U
1,15÷1,45
0,85÷0,9
0,4÷0,5
>130
165÷210*
10÷60
-
PVC-P
1,16÷1,35
0,9÷1,8
1,5÷3,0
min 55
145÷180
15÷45
-
POM
1,42
1,46
1,5÷2,5
80÷120
180÷230
60÷120
0,1
PMMA
1,18÷ 1,19
1,48
0,4÷0,8
80÷160
190÷250
50÷100
0,1
PA6
1,12÷1,15
1,70÷ 1,88
0,8÷3
80÷120
235÷270
60÷120
0,1
PA66
1,13÷ 1,14
1,21
1,70÷ 1,88
1,78
1,0÷2,5
70÷120
min 270
30÷135
0,1
1,0÷2,0
80÷120
180÷200
20÷90
0,05
PC
1,2
1,17
0,6÷0,8
120÷160
85÷120
0,02
PBT
1.34
1,35
1,0÷2,0
80÷120
270÷320
240
70÷120
0,04
PET
1,31
1,05÷ 1,20
l,2÷2,0k)
80÷120
255
80÷120
0,005
Gęstość,
3
g/cm
PS
TPUR
tworzywa, %
0,2a)
PPO
1,06
1,46
0,5÷0,7
>100
260÷300
110÷120
0,05
PEEK
1,32
-
80÷120
350÷380
1,24
1,30
120÷160
350÷400
150÷180
>150
0,02
PSU
0,1÷1,4
0,7
PPS
1,34
-
1,0
80÷120
340÷370
120÷200
0,02
0,02
" przekroczenie podanej temperatury grozi gwałtownym rozkładem polimeru
k)
- odmiana krystaliczna,a)- odmiana amorficzna
Badanie właściwości wyprasek
Po ok. 1 h od otrzymania wyprasek należy pomierzyć ich podstawowe
wymiary, a następnie wyznaczyć skurcz pierwotny wg zależności:
(7.9.1)
S // =
L f − LW
Lf
⋅ 100%
gdzie: S// - liniowy skurcz w kierunku równoległym do kierunku
wtryskiwania,
LW - długość lub średnica wypraski, mm,
L f - o d p o w i e d n i k w y m i a r u L W w gnieździe formującym, mm,
(7.9.2)
S⊥ =
b f − bw
bf
⋅ 100%
gdzie: S⊥ - skurcz w kierunku prostopadłym do kierunku
wtryskiwania, bw - szrokość wypraski, mm, bf - odpowiednik wymiaru bw w
gnieździe formującym, mm.
Oznakowane wypraski, po okresie sezonowania minimum 48 h, przeznaczyć
do zbadania wymienionych właściwości:
•
•
•
•
•
•
wytrzymałości na rozciąganie i wydłużenia przy zerwaniu,
wytrzymałości na zginanie,
udarności wg Charpy'ego,
twardości wg Brinella (do oznaczenia użyć krążków),
temperatury mięknienia wg Vicata,
temperatury ugięcia pod obciążeniem (HDT).
Opracowanie wyników
Obliczone wartości skurczu, wytrzymałości mechanicznej oraz opis wyglądu
wyprasek zamieścić w tabeli.
Sporządzić wykresy zależności zbadanych właściwości wyprasek od zmienianego
parametru prasowania oraz wyjaśnić i przedyskutować przebieg tych zależności.
Opisać możliwości wyznaczania optymalnych parametrów prasowania wtryskowego
badanego tworzywa.
Instrukcja obsługi wtryskarki Battenfeld PLUS 350/75 z układem
sterowania Unilog B2
1. Czynności przygotowawcze
Przed rozpoczęciem pracy maszyny należy sprawdzić i włączyć
obieg wody chłodzącej przestrzeń w pobliżu zasobnika oraz chłodnicę
oleju. Sprawdzić należy także stan formy wtryskowej i przesmarować
powierzchnie
formujące,
aby
po
wykonaniu
pierwszego
cyklu
prasowniczego nie pojawiły się kłopoty z usunięciem kształtki lub wlewka z
gniazd formujących.
2. Uruchomienie maszyny
-
Włączyć główny wyłącznik wtryskarki i odczekać aż zainicjuje
się program sterujący, a na ekranie monitora pojawi się znak zachęty.
-
W menu głównym, w polu oznaczonym symbolem klucza i
kryptonimem
Potwierdzić
„ENTER".
N1:
wprowadzić
wprowadzone
Wprowadzenie
hasło
tego
hasło
przez
hasła
użytkownika:
naciśnięcie
uprawnia
do
1998.
klawisza
zmian
podstawowych parametrów wtryskiwania. W polu oznaczonym
symbolem flagi i kryptonimem N2: wpisać zaś cyfrę 0, co oznacza
wybór łacińskich liter obsługi kolejnych menu. Wybór ten potwierdzić
naciskając „ENTER".
-
Włączyć silnik pompy układu hydraulicznego (patrz rys. 1),
Rys. 1. Przycisk włączania (I) i wyłączania (0) silnika
pompy układu hydraulicznego
a następnie uaktywnić układ zabezpieczenia przez naciśnięcie i zwolnienie I
przycisku bezpieczeństwa znajdującego się na przedniej ścianie szafy sterowniczej i II
przycisku bezpieczeństwa umieszczonego na ramie maszyny, po przeciwnej stronie
oraz otwarcie i zamknięcie osłony chroniącej dostęp do przestrzeni formującej.
Włączyć ogrzewanie cylindra (nastawić odpowiednie dla przetwarzanego
tworzywa wartości temperatury wtryskiwania korzystając z menu oznaczonego
symbolem F02:
Tl,
T2
i
T3)
oraz chłodzenie formy (włączyć termostat
znajdujący się obok wtryskarki nastawiając odpowiednią wartość temperatury na
regulatorze). Ponownie włączyć silnik pompy.
− Odczekać aż temperatura ścianek cylindra osiągnie założone wartości, a
temperatura oleju przekroczy 40 °C. Ten ostatni fakt zostanie zasygnalizowany
wyraźnym wyciszeniem pracy pompy, wyłączeniem pulsującego światła i
wyłączeniem blokady pracy maszyny. Wtryskarka jest wówczas gotowa do rozpoczęcia
wykonywania próbnych cykli prasowniczych.
− Nastawić odpowiednie dla danego rodzaju tworzywa ciśnienie wtryskiwania (menu F05
str. 1/2, poz. p1), szybkość wtryskiwania (menu F05 str. 1/2, poz. v1 - v4 ), ciśnienie
przełączania wtrysk - docisk (menu F05 str. 1/2, poz. p4) oraz czas wtryskiwania (menu
F05 str. 1/2, poz. t1). W przypadku jeśli maksymalna objętość wtrysku maszyny jest bliska
lub mniejsza objętości gniazd formujących można skorzystać z programu dodatkowego
dozowania tworzywa bezpośrednio przed wtryskiem (menu F05 str. 2/2).
− Kolejne regulowane parametry dotyczą fazy docisku i chłodzenia (menu F06). Pole N1 w
tym menu pozwala na załączenie - przez wprowadzenie cyfry 1 - lub wyłączenie przez wprowadzenie cyfry 0. Ciśnienie docisku nastawiane jest w kilku fazach tego
etapu: w czasie tl - ciśnienie p1, w czasie t2 - ciśnienie p2 oraz w czasie t3 - ciśnienie
p3. Czas chłodzenia nastawiany jest w menu F06, poz. t4 i biegnie on po upływie
czasu t3 fazy docisku.
− Wielkość skoku dozowania i dekompresja przed/po dozowaniu regulowane są w menu
F07. W polu N1 określane jest włączenie (wprowadzenie cyfry 1) lub wyłączenie
dekompresji
przed
dozowaniem
(wprowadzenie
cyfry
0).
Opóźnienie
dozowania/dekompresji po fazie docisku określane jest w polu t1 (czas opóźnienia), a
szybkość dekompresji - w polu v1 i droga, na której odbywa się dekompresja w polu
s1. Parametry plastyfikacji ustala się po wstawieniu w polu N2 cyfr:
0 - brak ciśnienia plastyfikacji
1 - ciśnienie plastyfikacji włączone tylko podczas pracy w trybie automatycznym
2 - ciśnienie plastyfikacji włączone podczas pracy w trybie ręcznym i automatycznym.
Możliwe do regulacji parametry plastyfikacji to szybkość plastyfikacji (menu F07 pole n2),
ciśnienie plastyfikacji (menu F07 pole p2). Dekompresja po dozowaniu
może być włączona w menu F07, pole N3 - cyfra 1 z szybkością v3 (menu F07) lub
wyłączona - menu F07, pole N3, cyfra 0.
UWAGA! Ustawienie drogi zamykania formy (menu F03), ruchu cylindra
wtryskowego (menu F04) oraz drogi wypychania (menu F08) należy do osoby
uprawnionej, gdyż niewłaściwe ich ustawienie może spowodować uszkodzenie
formy.
− Wykonać pierwsze cykle wtryskiwania korzystając z ręcznego trybu pracy maszyny
zwracając uwagę na stopień wypełnienia gniazd formujących, wygląd powierzchni
wyprasek. W przypadku uzyskania dobrych wyprasek można rozpocząć kolejne próbne
cykle włączając przycisk ze świecącą diodą (przycisk znajduje się pośrodku trzech
przycisków
Rys
2
w
szeregu
przycisków
funkcji
głównych).
Przyciski wyboru rodzaju pracy, kolejno: ręczna (1), automatyczna (2),
nastawcza (3)
Wtryskarka może pracować w trybie półautomatycznym lub automatycznym po
wprowadzeniu w polu N1 menuF01 odpowiednich cyfr:
0 „pełna automatyka” - maszyna nie zatrzymuje się po wykonaniu pełnego cyklu
lecz rozpoczyna następny - wymaga to formy zapewniającej sprawne i skuteczne
wypychanie wyprasek z gniazd formujących. Rozpoczęcie wykonywania cykli
następuje w wyniku uruchomienia przycisku „Zamykanie",
1 „półautomatyka 1” - maszyna zatrzymuje się po wykonaniu pełnego cyklu
wtryskowego, a rozpoczęcie kolejnego cyklu wymaga włączenia przycisku
,,Zamykanie”,
2 „półautomatyka 2" - maszyna zatrzymuje się po wykonaniu pełnego cyklu wtryskowego
i wysunięciu wypychaczy do przedniego położenia. Rozpoczęcie kolejnego cyklu wymaga
włączenia przycisku „Zamykanie".
− Podczas pracy maszyny można kontrolować założone parametry oglądając ich chwilowe
wartości na ekranie monitora w odpowiednich menu. Można również dla wybranych cykli
wtryskiwania, korzystając z menu F10, okresowo sprawdzać i drukować chwilowe
wartości parametrów wtryskiwania, wartości średnie, odchyłki od zadanych wartości.
3. Zakończenie pracy wtryskarki
− Zamknąć zasuwę leja zasypowego odcinając zasyp tworzywa do cylindra
wtryskarki
− Wykonać kolejne cykle wtryskowe zużywając tworzywo znajdujące się w cylindrze
uplastyczniającym
− Przełączyć tryb pracy maszyny na nastawczy (jest to ostatni od lewej wśród trzech
przycisków w szeregu przycisków funkcji głównych) i wycisnąć ślimakiem resztki
stopu znajdujące się w cylindrze uplastyczniającym
− Cofnąć ślimak w położenie tylne
− Otworzyć ruchomą osłonę bezpieczeństwa, oczyścić powierzchnie formujące i
− przesmarować je środkiem antyadhezyjnym
− Wyłączyć ogrzewanie cylindra i silnik pompy układu hydraulicznego
− Zamknąć zawór dopływu wody chłodzącej
− Wyłączyć wyłącznik główny wtryskarki
− Uprzątnąć otoczenie maszyny z ewentualnych odpadów wtryskowych
INSTRUKCJA OBSŁUGI PRASY WTRYSKOWEJ WH 63 SAZ
1. Czynności wstępne
Przed uruchomieniem maszyny należy:
- sprawdzić poziom oleju w zbiorniku oraz nasmarować wszystkie punkty smarne
- sprawdzić obieg wody chłodzącej i włączyć jej przepływ
- sprawdzić położenie przełącznika programowego / wybór rodzaju pracy /, czy
znajduje się w pozycji "Praca nastawcza"
- sprawdzić czy wtyczki układu ogrzewania znajdują się we właściwych gniazdach
wtykowych grzejników
2. Uruchomienie układu wtryskowego
Po wykonaniu czynności wstępnych można przystąpić do uruchomienia układu
wtryskowego. W tym celu należy:
- włączyć przepływ wody do chłodnicy oleju i zasobnika
- włączyć wyłącznik główny pracy wtryskowej / z boku szafy sterowniczej /
- nastawiając termoregulatory na żądane wartości temperatury
- zamknąć zasuwę zasobnika granulatu tworzywa
- napełnić zasobnik tworzywem
- odczekać, aż temperatura osiągnie żądaną wartość, co sygnalizuje okresowe
zapalanie się na przemian lampek sygnalizacyjnych termoregulatorów / zielonej i
czerwonej /
- przesmarować powierzchnie formujące olejem silikonowym
- zasunąć osłonę ruchomą wtryskarki
- uruchomić silnik przyciskiem "Start"
- odsunąć zasuwę przy zasobniku tworzywa
- zadozować tworzywo przez naciśnięcie przycisku "Uplastycznienie"
- wykonać pierwszy wtrysk tworzywa do formy naciskając i przytrzymując kolejno
przyciski:
a/ zamykanie formy
b/ dojazd cylindra
c/ wtrysk
d/ odjazd cylindra
e/ uplastycznienie, a po kilkunastu sekundach
f/ otwarcie formy
Oznakowane wypraski przeznaczyć do zbadania wytrzymałości mechanicznej po
okresie sezonowania minimum 24 godziny (patrz odpowiednie instrukcje z Reologii
polimerów lub normy):
1. wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenia przy zerwaniu wg normy PN-81/C89034
2. twardość wg Brinella wg normy PN-84/C-89030 / do oznaczenia użyć krążków /
3. wytrzymałość na zginanie wg normy PN-79/C-89027
4. udarność wg Charpy'ego PN-81/89029
Opracowanie wyników
Obliczone wartości skurczu, wytrzymałości mechanicznej oraz opis wyglądu
wyprasek zamieścić w tabelce ( por. tab. do ćwiczenia nr 2). Sporządzić wykresy
zależności zbadanych własności wyprasek od zmienianego parametru prasowania.
Wyjaśnić i przedyskutować przebieg tych zależności.
Opisać możliwości wyznaczania optymalnych parametrów prasowania
wtryskowego badanego tworzywa.
LITERATURA:
1. Smorawiński A. Technologia wtrysku WNT. W-wa 1980 (Wyd II lub III )
2. Praca zbiorowa Polistyren. WNT. W-wa 1965
3. Nacas J. Piastę und Kautch. 1975/2 str. 84-92
Uwaga !!!
dowolną operację cyklu wtryskowego można wykonać tylko przy
zamkniętej przesuwnej osłonie maszyny
wtryskarkę może jednocześnie obsługiwać tylko jedna osoba
wyjmować wypraskę lub smarować formę można tylko przy otwartej
przesuwnej osłonie wtryskarki
podczas wykonywania cyklu (zwłaszcza: zamykania i otwierania formy;
dojazdu i odjazdu cylindra wtryskowego) nie wolno próbować
naprawiać maszyny lub zmieniać nastawy przekaźników, czy
przełączników
w razie niebezpieczeństwa (wypadku, uszkodzenia matrycy) można
awaryjnie otworzyć formę w dowolnej fazie cyklu przez szybkie
uchylenie przesuwnej osłony i ponowne jej zamknięcie
do awaryjnego wyłączenia wtryskarki służy także przycisk "STOP"
wszelkie zauważone nieprawidłowości w pracy maszyny należy
zgłaszać prowadzącemu zajęcia
nie wolno samodzielnie naprawiać maszyny lub formy