Základní výbava provstřikováníje vstřikovací lis a vstřikovací forma. Obrázek 1-2 ukazuje proces vstřikování u šroubového vstřikovacího stroje.
Princip vstřikování
Princip spočívá v tom, že granulovaný nebo práškový plast se přidá do válce vstřikovacího stroje, zahřeje se a roztaví a poté vysoký tlak a vysoká rychlost šroubu vstřikovacího stroje protlačí roztavený plast tryskou na předním konci válce a rychle jej vstříkne do uzavřené dutiny formy [obr. 1-2(a)]. Tavenina vyplňující dutinu se ochladí a ztuhne pod tlakem, aby se zachoval tvar daný dutinou [obr. 1-2(b)]. Poté se forma otevře a výrobek se vyjme [obr. 1-2(c)]. Během procesu vstřikování plast prochází řadou změn, včetně měknutí, tavení, tečení, tvarování a tuhnutí.
(Obrázek 1-2 Princip vstřikovacího lisu šroubového vstřikovacího stroje)
Změkčení a roztavení:
Obrázek 1-4 ukazuje konstrukci válce a šneku vstřikovacího stroje. Vzhledem k tomu, že na vnější straně válce je instalován kruhový ohřívač, plast se při pohybu vpřed pod rotací šneku taví a nakonec je vstřikován do formy tryskou.
(L1-Sekce krmení; L2-Sekce komprese; L3-Sekce měření; h1/h2-kompresní poměr; D-Průměr šroubu)
Plast prochází během procesu plnění formy následujícími změnami:
Než se šroub otočí (L2), teplota a tlak šroubové tyče jsou relativně nízké v důsledku snížení objemu taveniny způsobeného materiálem vstupujícím do dutiny formy (L1). Poté, co se šroub otočí (L3), teplota plastu dosáhla teploty tání a roztavila se. Aby byla zajištěna kvalita produktu, musí být plast před opětovným{1}}tavením zcela roztaven. V tomto okamžiku, pokud plast již vstoupil do stupně lisování při určitém stupni roztavení, bude jeho odplyňovací účinek značně ovlivněn.
I když množství (L3) zůstává stejný, v důsledku různých hloubek h₀ drážek pro šrouby bude plast během procesu otáčení šroubu vystaven různým stupňům smykového působení, takže se bude lišit stupeň plastifikace.
Stručně řečeno, při stejném lisovacím cyklu bude stupeň a kvalita tavení plastu ovlivněna obsahem plynu šneku a kvalitou tavení:
① Účinná délka šroubu je přímo úměrná (zvyšuje se): L/D=22-25.
② Kompresní poměr šroubu: h₁/h₂=2.0-3.0 (obecně 2,5).
③ Kompresní část šroubu je relativně proporcionální: L₁/L₂=40%-60%.
Protože je hodnota příliš velká, prodlouží se také doba zdržení materiálu a otáčení šneku bude neustále posílat roztavený plast dopředu. V tomto okamžiku bude plast nadále proudit v dutině formy pod tlakem a poté v jednom lisovacím cyklu (bez vnějšího zásahu, než se šroub začne pohybovat dopředu). Poté, co se šroub otočí, bude se působením mechanické síly pohybovat vpřed, postupně zhutňovat plast a vstřikovat jej do dutiny formy. V okamžiku předtím bude jeho tavenina podrobena rychlému stlačení (nazývanému okamžité stlačení), které může snadno způsobit krystalizaci a vést k defektům. Použití pomalého vstřikování může zabránit krystalizaci (úplná krystalizace, díky čemuž je zcela amorfní v důsledku rychlého ochlazení).
Tok:
Když je tavenina vstřikována do dutiny formy pod vysokým tlakem a vysokou rychlostí, dojde během procesu vstřikování ke dvěma jevům. Jedním z nich je, že plast v kontaktu se stěnou formy v roztaveném stavu ztuhne a vytvoří tenkou vrstvu v důsledku rychlého ochlazení způsobeného kontaktem s povrchem dutiny formy. Tato tenká vrstva se nazývá zmrzlá vrstva (neboli okamžitá zmrzlá vrstva), která způsobí snížení teploty samotného roztaveného plastu (především vlivem ztráty latentního tepla krystalizace). Například v polyethylenu může latentní teplo krystalizace uvolněné během procesu ochlazování taveniny stěnou formy dosáhnout 50 stupňů nebo více. Proto poté, co tavenina vyplní celou dutinu formy a vrátí se do naléhavého stavu, teplota se sníží. Druhým je, že větší část roztaveného plastu si bude i nadále udržovat směr toku a bude podléhat zpětnému toku.
Jak je vidět z obrázku 1-5, když je tavenina v kontaktu se stěnou dutiny formy, vytvoří zmrzlou vrstvu a ve střední části směrem od dutiny se vytvoří rychlejší průtok. Plast bude proudit vrstveným způsobem v oblasti mezi zmrzlou vrstvou a stěnou dutiny. Poté, co plast v takovém stavu projde a je ochlazen a vytvarován do výrobku, bude vrstvení stále existovat v lisovaném produktu v paralelním směru a vertikálním směru, což má za následek rozdíly v pevnosti a houževnatosti produktu, které budou existovat během fází uvolňování a tvarování lisovaného produktu.
1 - Vstřikovací lis; 2 - Pryskyřičná vstřikovací forma (ve skutečnosti se skládá z hlavního žlabu a vtoku);
3 - Plíseň (uvnitř dutiny); 4 - Část s rychlejším průtokem ve středu;
5 - Část s velmi pomalým průtokem podél stěny dutiny; 6 - Molekuly pryskyřice, které jsou orientované a natažené;
7 - Molekuly pryskyřice, které jsou vzájemně propletené.
Tvarování a vytvrzování:
Když je roztavený plast vstřikován, vstupuje do formy tryskou, získá tvar a poté se ochladí a ztuhne, aby se stal konečným výrobkem. Skutečná doba, za kterou roztavený plast naplní formu, je několik sekund, což velmi ztěžuje pozorování procesu plnění.
Americký inženýr Stevenson použil počítačovou simulaci k zobrazení procesu plnění polypropylenových automobilových dveří, které jsou lisovány pomocí formy s horkým vtokem se dvěma vtoky, a vypočítal dobu vstřikování (tj. dobu plnění), linii svařování a požadovanou upínací sílu. Obrázek 1-6 znázorňuje model získaný z jeho simulace. Stav toku a plnění taveniny na obrázku 1-6 se významně neliší od toho, co bylo představováno, a může přesně odrážet skutečný proces plnění dveří automobilu.
Existuje mnoho metod pro simulaci toku vstřikovacích procesů (jako je metoda FAN, simulační systém CAIM a simulační systém Moldflow). Tyto simulační metody se v současnosti používají k predikci procesu plnění roztaveného plastu ve formě s cílem racionálnějšího návrhu formy a výběru umístění nebo typu vtoku.
Po vytvarování roztaveného plastu vstupuje do procesu tuhnutí. Hlavním jevem při tuhnutí je smrštění, ke kterému dochází současně v důsledku ochlazování a krystalizace. Obrázek 1-7 ukazuje smrštění tří typů polyethylenu s různou krystalinitou při poklesu teploty.
(a-PE s relativní hustotou 0,9645; b-PE s relativní hustotou 0,95; c-PE s relativní hustotou 0,918; d-Křivky rychlosti chlazení: C1, C2, C3-všechny tři mají stejnou rychlost chlazení.)