FORMOWANIE WTRYSKIWANIEM KSZTAŁTEK Z KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE POLIMEROWEJ Z METALOWYM NAPEŁNIACZEM PROSZKOWYM

Podobne dokumenty
INSPECTION METHODS FOR QUALITY CONTROL OF FIBRE METAL LAMINATES IN AEROSPACE COMPONENTS

INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

KRZEPNIĘCIE KOMPOZYTÓW HYBRYDOWYCH AlMg10/SiC+C gr

VISCOSITY OF POLYMER COMPOSITES WITH HIGH CONTENT OF METAL POWDERS PROCESSED BY INJECTION MOULDING

ANALIZA MES PROCESU WYTWARZANIA WYPRASKI, BĘDĄCEJ INTEGRALNYM ELEMENTEM KARABINKA WOJSKOWEGO

PRÓBA WERYFIKACJI WYNIKÓW SYMULACJI PROCESU WTRYSKIWANIA W WARUNKACH RZECZYWISTYCH

LEJNOŚĆ KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE STOPU AlMg10 Z CZĄSTKAMI SiC

BADANIE I ANALIZA METODĄ LOGIKI ROZMYTEJ PARAMETRÓW PROCESU MIESZANIA POD KĄTEM POPRAWY WŁASNOŚCI KOMPOZYTÓW OTRZYMANYCH Z PROSZKÓW

WIRTUALNA WTRYSKARKA TWORZYW SZTUCZNYCH

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

ROZKŁAD TWARDOŚCI I MIKROTWARDOŚCI OSNOWY ŻELIWA CHROMOWEGO ODPORNEGO NA ŚCIERANIE NA PRZEKROJU MODELOWEGO ODLEWU

DETECTION OF MATERIAL INTEGRATED CONDUCTORS FOR CONNECTIVE RIVETING OF FUNCTION-INTEGRATIVE TEXTILE-REINFORCED THERMOPLASTIC COMPOSITES

WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI WYPRASEK WYTWARZANYCH METODĄ WTRYSKIWANIA WSPOMAGANEGO GAZEM

ANALIZA NUMERYCZNA SKURCZU I ODKSZTAŁCEŃ PRÓBEK SENB WYKONANYCH PRZY ZMIENNYCH PARAMETRACH WTRYSKIWANIA

SYMULACJA KOMPUTEROWA WTRYSKIWANIA TWORZYWA SZTUCZNEGO W PROCESIE FORMOWANIA OSŁONY SILNIKA SAMOCHODOWEGO

OCENA EFEKTYWNOŚCI KSZTAŁTU I POLA PRZEKROJU KANAŁÓW DOPROWADZAJĄCYCH TWORZYWO W FORMIE WTRYSKOWEJ

ROZSZERZALNOŚĆ CIEPLNA KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE STOPU AlSi13Cu2 WYTWARZANYCH METODĄ SQUEEZE CASTING

WYKORZYSTANIE ZALEŻNOŚCI POMIĘDZY CIŚNIENIEM, OBJĘTOŚCIĄ WŁAŚCIWĄ I TEMPERATURĄ DO STEROWANIA PROCESEM WTRYSKIWANIA

WYSOKONAPEŁNIONE KOMPOZYTY Z TWORZYW RECYKLATOWYCH DO ZASTOSOWAŃ NA WYROBY ELEKTROTECHNICZE

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE KOMPOZYTÓW AlSi13Cu2- WŁÓKNA WĘGLOWE WYTWARZANYCH METODĄ ODLEWANIA CIŚNIENIOWEGO

Zastosowanie ekologicznych tworzyw kompozytowych. w aplikacjach wykonywanych metodą wtrysku dla przemysłu samochodowego

KOMPOZYTY POLIMEROWE WYTWARZANE METODAMI FORMOWANIA WTRYSKOWEGO

KOMPOZYTY RECYKLATOWE POLIETYLENOWE MODYFIKOWANE ODPADAMI LAMINATÓW TERMOPLASTYCZNYCH Z WŁÓKNEM WĘGLOWYM. WŁAŚCIWOŚCI I ZASTOSOWANIE

ZUŻYCIE TRYBOLOGICZNE KOMPOZYTU NA OSNOWIE ZGARU STOPU AK132 UMACNIANEGO CZĄSTKAMI SiC

A. PATEJUK 1 Instytut Materiałoznawstwa i Mechaniki Technicznej WAT Warszawa ul. S. Kaliskiego 2, Warszawa

SKURCZ PRZETWÓRCZY WYPRASEK WTRYSKOWYCH NAPEŁNIONYCH WŁÓKNEM SZKLANYM

Skurcz przetwórczy wyprasek a warunki wtryskiwania *)

WŁAŚCIWOŚCI MAGNETYCZNE KOMPOZYTÓW EPOKSYDOWYCH NAPEŁNIONYCH PROSZKIEM FERRYTU STRONTU

Własności mechaniczne kompozytów odlewanych na osnowie stopu Al-Si zbrojonych fazami międzymetalicznymi

ANALIZA NUMERYCZNA MES PROCESU WYTWARZANIA WYPRASKI Z UWZGLĘDNIENIEM PRZETWÓRCZYCH ODKSZTAŁCEŃ SKURCZOWYCH

WPŁYW PRZETWÓRSTWA ORAZ WYGRZEWANIA NA WŁAŚCIWOŚCI DYNAMICZNE KOMPOZYTU POLIAMIDU 6,6 Z WŁÓKNEM SZKLANYM

MATERIAŁY POLIMEROWE Polymer Materials. forma studiów: studia stacjonarne Liczba godzin/tydzień: 2W, 1L PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

DWUTEOWA BELKA STALOWA W POŻARZE - ANALIZA PRZESTRZENNA PROGRAMAMI FDS ORAZ ANSYS

WPŁYW PARAMETRÓW ODLEWANIA CIŚNIENIOWEGO NA STRUKTURĘ i WŁAŚCIWOŚCI STOPU MAGNEZU AM50

NAPRĘŻENIA ŚCISKAJĄCE PRZY 10% ODKSZTAŁCENIU WZGLĘDNYM PRÓBEK NORMOWYCH POBRANYCH Z PŁYT EPS O RÓŻNEJ GRUBOŚCI

ZUŻYCIE TRIBOLOGICZNE POWŁOK KOMPOZYTOWYCH Ni-P-Al 2 O 3 WYTWORZONYCH METODĄ REDUKCJI CHEMICZNEJ

Proces wykonywania modeli z nowej generacji mas modelowych stosowanych w metodzie wytapianych modeli analiza symulacyjna

BADANIE WYPEŁNIANIA WNĘKI FORMY CIŚNIENIOWEJ SUSPENSJĄ KOMPOZYTOWĄ

RECYKLING MATERIAŁOWY ODPADÓW TETRA PAKU MATERIAL RECYCLING OF TETRA PAK WASTE

ANALIZA BELKI DREWNIANEJ W POŻARZE

PRACA DYPLOMOWA W BUDOWIE WKŁADEK FORMUJĄCYCH. Tomasz Kamiński. Temat: ŻYWICE EPOKSYDOWE. dr inż. Leszek Nakonieczny

MATERIAŁY NA OSNOWIE FAZY MIĘDZYMETALICZNEJ FeAl Z DODATKIEM 2 I 10% OBJ. Al2O3

NARZĘDZIA DO PRZETWÓRSTWA POLIMERÓW

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

WPŁYW PROCESU TARCIA NA ZMIANĘ MIKROTWARDOŚCI WARSTWY WIERZCHNIEJ MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

PL B1. POLITECHNIKA LUBELSKA, Lublin, PL BUP 26/14. TOMASZ KLEPKA, Lublin, PL WUP 12/16. rzecz. pat.

Kompozyty 11: 4 (2011)

FAZY PROCESU WTRYSKU - TECHNOLOGIE MECHANICZNE CHEMIA POLIMERÓW KSZTAŁTOWANIE WŁASNOŚCI WYROBU W FORMIE PRZETWÓRSTWO TWORZYW SZTUCZNYCH

Powstawanie obszarów ³¹czenia strumieni tworzywa w wypraskach z wielogniazdowej formy wtryskowej )

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE MIESZANIN PET/PETG WYKONYWANYCH TECHNOLOGIĄ WTRYSKIWANIA Z WYKORZYSTANIEM MIESZALNIKA DYNAMICZNEGO

WPŁYW SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA NA WŁASNOŚCI TERMOFIZYCZNE STALIWA W STANIE STAŁYM

OTRZYMYWANIE KOMPOZYTÓW METALOWO-CERAMICZNYCH METODAMI PLAZMOWYMI

WYBRANE WŁASNOŚCI KOMPOZYTU ALUMINIUM-CZĄSTKI WĘGLIKA KRZEMU OTRZYMANEGO PRZEZ WYCISKANIE WYPRASEK Z PROSZKU

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B2

ALUMINIOWE KOMPOZYTY Z HYBRYDOWYM UMOCNIENIEM FAZ MIĘDZYMETALICZNYCH I CERAMICZNYCH

DOBÓR KSZTAŁTEK DO SYSTEMÓW RUROWYCH.SZTYWNOŚCI OBWODOWE

Badanie zmęczenia cieplnego żeliwa w Instytucie Odlewnictwa

ELASTOOPTYKA I ANALIZA NUMERYCZNA STANU NAPRĘśEŃ W BADANIACH POLISTYRENU METODĄ DMTA

KOMPOZYT MIESZANINY PA/PP I WŁÓKNA SZKLANEGO

WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI KOMPOZYTU ZAWIESINOWEGO AlSi11/CZĄSTKI 1H18N9T

CHOOSEN PROPERTIES OF MULTIPLE RECYCLED PP/PS BLEND

KRYSTALIZACJA, STRUKTURA ORAZ WŁAŚCIWOŚCI TECHNOLOGICZNE STOPÓW I KOMPOZYTÓW ALUMINIOWYCH

WPŁYW CIĘTYCH WŁÓKIEN WĘGLOWYCH NA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE KOMPOZYTU NA OSNOWIE STOPU AlSi10Mg

WYKORZYSTANIE DRZEWNYCH ODPADÓW PRZEMYSŁOWYCH DO WYTWARZANIA KOMPOZYTÓW POLIMEROWYCH

WPŁYW BIODEGRADACJI NA WŁAŚCIWOŚCI KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE TERMOPLASTYCZNEJ SKROBI NAPEŁNIONEJ WŁÓKNAMI KENAFU LUB MĄCZKI DRZEWNEJ


BADANIE MATERIAŁÓW KOMPOZYTOWYCH NA OSNOWIE ALUMINIUM ZBROJONYCH CZĄSTKAMI SiO 2

30/01/2018. Wykład VII: Kompozyty. Treść wykładu: Kompozyty - wprowadzenie. 1. Wprowadzenie. 2. Kompozyty ziarniste. 3. Kompozyty włókniste

ANALIZA ROZKŁADU NAPRĘŻEŃ/ODKSZTAŁCEŃ ZA POMOCĄ MES W SKOJARZENIU ŻELIWO KOMPOZYT W WARUNKACH SMAROWANIA OLEJEM

Wykład VII: Kompozyty. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

REJESTRACJA PROCESÓW KRYSTALIZACJI METODĄ ATD-AED I ICH ANALIZA METALOGRAFICZNA

MATERIAŁY: CHARAKTERYSTYKA, KLASY, WŁASNOŚCI. Wykład 1

MODYFIKACJA BRĄZU SPIŻOWEGO CuSn4Zn7Pb6

BADANIA WYTRZYMAŁOŚCI ZMĘCZENIOWEJ I PEŁZANIA KOMPOZYTÓW POLIMEROWYCH Z NAPEŁNIACZEM PROSZKOWYM I WŁÓKNISTYM

KOMPOZYTY Z ODPADÓW FOLII HDPE I NAPEŁNIACZA ROŚLINNEGO W POSTACI ŁUSKI OWSA

Wykorzystanie zalet ekonomicznych technologii MuCell

WTRYSKIWANIE PRECYZYJNE. Elżbieta Bociąga, Tomasz Jaruga

WYBRANE WŁASNOŚCI KOMPOZYTÓW ALUMINIUM-CZĄSTKI WĘGLIKA KRZEMU OTRZYMANYCH Z PROSZKÓW W PROCESIE KUCIA NA GORĄCO I PO ODKSZTAŁCANIU NA ZIMNO

WPŁYW POWŁOKI NIKLOWEJ CZĄSTEK Al2O3 NA WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁU KOMPOZYTOWEGO O OSNOWIE ALUMINIOWEJ

WPŁYW PARAMETRÓW GEOMETRYCZNYCH NAPEŁNIACZY METALICZNYCH NA WŁAŚCIWOŚCI WYTRZYMAŁOŚCIOWE KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE ŻYWICY CHEMOUTWARDZALNEJ

Wpływ promieniowania na wybrane właściwości folii biodegradowalnych

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Schemat systemu wtryskiwania z tłokiem gazowym: Airmould Aquamould

WZORU UŻYTKOWEGO (19,PL <11) 62049

SYMULACJA TŁOCZENIA ZAKRYWEK KORONKOWYCH SIMULATION OF CROWN CLOSURES FORMING

METODY BADAŃ I KRYTERIA ZGODNOŚCI DLA WŁÓKIEN DO BETONU DOŚWIADCZENIA Z BADAŃ LABORATORYJNYCH

OBRÓBKA CIEPLNA STOPOWYCH KOMPOZYTÓW POWIERZCHNIOWYCH

WZORU UŻYTKOWEGO PL Y1. GAJKOWSKI GRZEGORZ P.P.H.U. VERTEX, Ozorków, PL BUP 14/ WUP 08/14

INFLUENCE OF MONTMORILLONITE CONTENT ON MASS FLOW RATE COMPOSITE OF THE POLYAMIDE MATRIX COMPOSITE

MODELOWANIE POŁĄCZEŃ TYPU SWORZEŃ OTWÓR ZA POMOCĄ MES BEZ UŻYCIA ANALIZY KONTAKTOWEJ

P/M COMPOSITES OF Al-Si-Fe-Cu ALLOY WITH SiC PARTICLES HOT-EXTRUDED AFTER PRELIMINARY COMPACTION

SPIENIANIE ODPADOWYCH TWORZYW SZTUCZNYCH

KUCIE W MATRYCACH ZAMKNIĘTYCH WYPRASEK W STANIE PÓŁCIEKŁYM Z KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE PROSZKU STOPU Al-Cu-Si-Mg UMOCNIONYCH CZĄSTKAMI SiC

Zastosowanie narzêdzi CAx w projektowaniu form wtryskowych )

Adres do korespondencji: Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, Kraków, ul. Reymonta 25

WŁAŚCIWOŚCI TERMOIZOLACYJNE WTÓRNEGO POLIETYLENU O STRUKTURZE KOMÓRKOWEJ

KRZEPNIĘCIE SUSPENSJI KOMPOZYTOWEJ AlMg10+SiC PODCZAS WYPEŁNIANIA WNĘKI FORMY

ZASTOSOWANIE TECHNOLOGII REP-RAP DO WYTWARZANIA FUNKCJONALNYCH STRUKTUR Z PLA

WPROWADZENIE. Stefan Szczepanik 1, Marek Wojtaszek 2, Jerzy Krawiarz 3 KOMPOZYTY (COMPOSITES) 4(2004)12

Nowoczesne metody metalurgii proszków. Dr inż. Hanna Smoleńska Materiały edukacyjne DO UŻYTKU WEWNĘTRZNEGO Część III

Transkrypt:

Kompozyty 10: 1 (2010) 35-40 Lech Paszkowski*, Dionizy Biało, Waldemar Wiśniewski Politechnika Warszawska, Wydział Mechatroniki, Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, ul. św. A. Boboli 8, 02-525 Warszawa, Poland * Corresponding author. E-mail: L.Paszkowski@mchtr.pw.edu.pl Otrzymano (Received) 07.01.2010 FORMOWANIE WTRYSKIWANIEM KSZTAŁTEK Z KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE POLIMEROWEJ Z METALOWYM NAPEŁNIACZEM PROSZKOWYM Kompozyty funkcjonalne są to materiały składające się z co najmniej dwóch składników. W przypadku kompozytów polimerowych osnowę stanowi polimer termoplastyczny, termoutwardzalny lub chemoutwardzalny. Faza funkcjonalna nadaje kompozytowi określone właściwości mechaniczne, cieplne, elektryczne, magnetyczne lub inne wymagane przez projektanta. Faza ta występuje najczęściej w postaci włókien lub proszków o różnym kształcie cząstek. Prezentowana praca dotyczy wybranej grupy kompozytów funkcjonalnych zwanych dielektromagnesami bądź magnesami wiązanymi. Na osnowę zastosowano polistyren będący polimerem termoplastycznym, zaś fazę funkcjonalną stanowi proszek stopowy Nd-Fe-B o własnościach magnetycznie twardych równomiernie rozprowadzony w osnowie. W pracy stosowano proszek o płatkowym i kulistym kształcie cząstek. Kompozyty zawierały objętościowo 48% proszków. Jako metodę formowania kształtek przyjęto wtryskiwanie na wtryskarce do tworzyw sztucznych. Wytwarzano kształtki w postaci prostopadłościennej belki o wymiarach 10 4 40 mm i walca o wymiarach φ 10 4 mm. Zasadniczym celem pracy było badanie przebiegu formowania kształtek podczas napełniania komory formy wtryskowej materiałem kompozytowym. Do analizy zastosowano metodę krokową polegającą na wykonaniu serii próbek wtryskiwanych z coraz większych porcji materiału kompozytowego. W ten sposób uzyskano kształtki obrazujące kolejne etapy formowania kształtki finalnej. Próby prowadzono przy ustalonych parametrach wtryskiwania: T w = 200 C i p w = 110 MPa. Wykazano, że sposób formowania kształtek podczas wtryskiwania kompozytów zawierających znaczne ilości proszku metalowego jest odmienny w stosunku do formowania wyprasek z polimerów niezawierających fazy funkcjonalnej. Ta odmienność wynika ze znacznie większej lepkości kompozytu niż polimeru. W trakcie wtryskiwania polimeru tworzy się front materiału przesuwający się zgodnie z kierunkiem wtryskiwania. Podczas wtryskiwania kompozytu do komory formy materiał wpływa w postaci pręta o przekroju poprzecznym kanału doprowadzającego. Otrzymane próbki poddano badaniom metalograficznym. Wykonano zgłady metalograficzne fragmentów wyprasek otrzymanych w kolejnych fazach wtryskiwania oraz wyprasek finalnych. Strukturę kształtek określano, wykorzystując komputerową analizę obrazu. Do jej przeprowadzenia zastosowano specjalistyczny program komputerowy MetIlo 9.0b. Wyniki analizy przedstawiono w postaci obrazów zgładów metalograficznych oraz tak zwanych map strukturalnych. Mapy strukturalne przedstawiają lokalną koncentrację proszków na wydzielonych elementarnych fragmentach powierzchni przekrojów wyprasek. Wykazano, że w trakcie wtryskiwania i w gotowej wyprasce cząstki układają się w miarę równomiernie, zaś płatki przyjmują kierunki przypadkowe. Tak więc, możliwe jest wytwarzanie metodą wtryskiwania wyprasek o właściwościach izotropowych. Słowa kluczowe: funkcjonalny kompozyt polimerowy, wtryskiwanie, proszki, jednorodność próbki INJECTION MOULDING OF THE SAMPLES FROM COMPOSITES WITH A POLYMER MATRIX AND METAL POWDER Functional composites are materials consisting of at least two components. In the case of polymer composites it matrix is made of thermoplastic or thermosetting polymers. Functional phase gives defined mechanical, thermal, electrical, magnetic or other properties required by the designer. This phase is usually in the form of fibers or powders with different particle shape. The presented work concerns a selected group of functional composites called of dielectromagnets or bonded magnets. Thermoplastic polymer - polystyrene as the matrix material and alloy Nd-Fe-B powder with hard magnetic properties as the functional phase uniformly distributed in the matrix were used. Powder had a flaky or spherical shape. Composite material consisted of 48% powder by volume. As a method of sample forming, injection on injection molding machine, traditionally using for plastics, was applied. The sample was manufactured in the form of rectangular bars with dimensions of 10 4 40 mm and a cylinder with dimensions of φ 10 4 mm. The primary purpose of the study was investigating of the course of sample formation during form cavity filling by composite material. For the analysis stepwise method was used. Series of samples were injected with increasing doses of the composite material in the following steps. In this way the obtained samples showing the successive stages of the forming. Trials were conducted at fixed injection parameters: T w = 200 C and p w = 110 MPa. It was shown that the way of sample shaping during injection molding from composites containing large quantities of metal powder is different in relation to the formation of polymer samples that not contain functional phase. This difference is due to a much higher viscosity of composite than the polymer. During injection of the polymer a front of the material is formed and is moving in the direction of in-

36 L. Paszkowski, D. Biało, W. Wiśniewski jection. During the injection of the composite, material flow into the form chamber in the form of rod with cross-section similar to the cross-section of the channel gate. Obtained samples were tested in metallographic way. Microstructures of the samples obtained in successive phases of injection molding and finished samples were prepared. Structure of the samples were determined using the computer image analysis based on a specialized computer program MetIlo 9.0b. The results of the analysis were presented in the form of images of metallographic structures and so-called structural maps. Structural maps represent the local concentration of the powders on separated small parts of the surface sections of the samples. It was shown that, during injection molding and in the finished sample particles are arranged as evenly and the flakes take random directions. Thus, it is possible to manufacture by injection parts with isotropic properties. Keywords: functional polymer composites, injection moulding, powders, homogeneity of the sample WPROWADZENIE Kształtki z polimerów termoplastycznych najczęściej otrzymuje się przez wtryskiwanie na wtryskarkach. Niewątpliwą zaletą wtryskiwania jest możliwość uzyskania wyprasek w krótkim czasie, nieprzekraczającym kilkudziesięciu sekund. Poosiowy ruch tłoka lub ślimaka powoduje przemieszczenie się polimeru z cylindra wtryskarki poprzez dyszę wtryskową i tulejkę wtryskową formy, a następnie przez kanały prowadzące do gniazda formy wtryskowej. Przesuwający się w trakcie wtryskiwania front masy dąży do całkowitego wypełnienia gniazda formy, tworząc gotowy wyrób [1-4]. Formowanie się elastycznego pręta, w przybliżeniu odzwierciedlającego kształt przewężki, przesuwającego się do przeciwległej ścianki gniazda formy wtryskowej, z którego następnie, od tyłu, powstaje gotowy wyrób, uważane jest za nieprawidłowe. Wcześniej wtryśnięty polimer szybko tężeje i nie może już połączyć się prawidłowo z nową, cieplejszą porcją polimeru, później wprowadzonego do gniazda formy wtryskowej. Na wypraskach powstałych w taki sposób pojawiają się smugi charakteryzujące się zmniejszoną wytrzymałością mechaniczną, co wynika z niewielkiej pojemności cieplnej polimeru. Jako prawidłowy sposób formowania kształtki uważa się taki przepływ, w którym polimer po wpłynięciu do gniazda formy wtryskowej rozpływa się na boki. Tworzy się front, który przesuwa się do przodu aż do całkowitego wypełnienia gniazda. Tak więc kształtka powstaje od przodu. Od początku lat 80. wykorzystuje się programy komputerowe do analizy procesu powstawania wyprasek, szczególnie o bardziej rozwiniętych kształtach. Jednak modelowanie procesu powstawania wypraski wymaga znajomości kilkudziesięciu różnych parametrów charakteryzujących wtryskiwany materiał [5-8]. Brak znajomości wszystkich cech materiału wtryskiwanego wymaga przeprowadzenia analizy sposobu tworzenia się wypraski. Analizę taką prowadzi się metodą wizualizacyjną lub metodą krokową. Metoda wizualizacyjna polega na filmowaniu, w czasie rzeczywistym, za pomocą szybko pracującej kamery, procesu płynięcia polimeru i tworzenia się kształtki w gnieździe formy wtryskowej. Wynikiem filmowania jest seria od kilku do kilkunastu zdjęć, poddawanych następnie analizie. Zastosowanie metody wizualizacyjnej wymaga przygotowania specjalnej formy wtryskowej, w której ścianki wykonane są ze szkła odpornego na szokowe zmiany temperatury [1, 5, 9-12]. Metoda krokowa polega na wtryskiwaniu coraz większych porcji kompozytu do gniazda formy wtryskowej. Otrzymuje się szereg kształtek odwzorowujących poszczególne etapy powstawania wyrobu [13, 14]. Wytworzone w ten sposób wypraski można poddać szczegółowym badaniom. Zaletą tej metody w stosunku do metody wizualizacyjnej jest możliwość przeprowadzania badania na dowolnej formie wtryskowej. W przypadku wtryskiwania kompozytów o wysokim napełnieniu polimeru proszkiem obserwowany jest przepływ strumieniowy wynikający ze znacznej lepkości kompozytu [9, 11, 12, 15]. Powstaje elastyczny pręt, który w większym lub mniejszym stopniu ulega deformacji, tworząc gotową wypraskę. A zatem proces powstawania kształtek z wysoko napełnianych kompozytów przebiega odmiennie niż formowanie się kształtek z polimerów. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA Prezentowana praca dotyczy określenia sposobu formowania wyprasek z kompozytów o osnowie polimerowej. Fazę funkcjonalną stanowi proszek metalowy. Jego właściwości użytkowe będą decydować o właściwościach, a więc o zastosowaniach wytworzonych wyprasek. Fazę wiążącą stanowi polimer termoplastyczny. W celu podwyższenia właściwości użytkowych lub nadania nowych do polimeru wprowadza się odpowiednie materiały w postaci proszków lub włókien. Na ogół dąży się do określenia minimalnej ilości wprowadzonego do polimeru napełniacza dla uzyskania wymaganych właściwości. Odmienne podejście musi mieć miejsce w przypadku kompozytów funkcjonalnych, w których najistotniejsze są właściwości materiału napełniającego. W tym przypadku zadaniem polimeru jest umożliwienie wykonania wypraski metodą wtryskiwania, a następnie zapewnienie zachowania kształtów nadanych w procesie wytwórczym. Takimi materiałami są, na przykład, magnetodielektryki. W tych przypadkach dąży się do jak

Formowanie wtryskiwaniem kształtek z kompozytów na osnowie polimerowej z metalowym napełniaczem proszkowym 37 największego napełnienia kompozytów, gdyż właściwości użytkowe wyrobów zależą od jego ilości. Maksymalna wielkość napełnienia ograniczona jest zachowaniem podatności kompozytu do wtryskiwania. Przekroczenie tej granicy powoduje tak znaczny wzrost jego lepkości, że traci on tę zdolność. W niniejszej pracy wykorzystano metodę krokową do badania sposobu formowania wyprasek z kompozytów polimerowych zawierających znaczne ilości proszku metalowego. W badaniu zastosowano proszek o cechach magnetycznie twardych wytwarzany ze stopu typu Nd-Fe-B o płatkowym i kulistym kształcie cząstek, których obrazy przedstawiono na rysunku 1. Proszek płatkowy zawiera znaczną ilość cząstek grubych, a proszek kulisty cząstek drobnych. a) Osnowę polimerową kompozytów stanowił polistyren. Dla proszku płatkowego maksymalna wielkość napełnienia kompozytów nie przekraczała 54% objętościowo, a dla proszku kulistego dochodziła do 64%. Na maksymalną wielkość napełnienia wpływała również wielkość cząstek, szczególnie proszku płatkowego. Kształtki wytwarzano przy ustalonych wartościach parametrów przetwórczych. Materiały kompozytowe podgrzewano w cylindrze wtryskarki do temperatury 200 C, a następnie wtryskiwano pod ciśnieniem 110 MPa. Na rysunku 2 przedstawiono obrazy kształtek w postaci prostopadłościennej belki o wymiarach: 10 4 40 mm wytworzonych metodą krokową z kompozytu zawierającego proszek płatkowy. W początkowym etapie wtryskiwania tworzy się elastyczny pręt (rys. 2a). Po dotarciu do przeciwległej ścianki gniazda formy pręt ulega zagięciu (rys. 2b), a następnie coraz większemu wyginaniu, dochodząc do bocznych ścianek gniazda (rys. 2c-e). Następuje stopniowe wypełnianie gniazda formy od strony wejścia kanału doprowadzającego (rys. 2e, f), gdyż nowa masa jest bardziej podatna na odkształcenia niż masa wcześniej wtryśnięta. Kolejne, wpływające do gniazda formy porcje masy powodują formowanie się kształtki w kierunku zgodnym z kierunkiem wtryskiwania (rys. 2g-i). W końcowym etapie powstawania kształtki następuje dokładne wypełnienie całego gniazda formy, gdyż rozwijane jest wtedy maksymalne ciśnienie w formie. Wytworzona wypraska ma powierzchnię gładką i nie wykazuje śladów łączenia się poszczególnych fragmentów masy ze sobą. W podobny sposób formowana jest kształtka z kompozytu zawierającego proszek kulisty. Metodę krokową zastosowano również do analizy procesu formowania próbek otrzymanych podczas wtryskiwania kompozytu przez przewężkę usytuowaną w osi próbki walcowej o średnicy 10 mm i wysokości 17 mm. Obrazy próbek otrzymanych wtryskiwaniem coraz większych porcji kompozytu przedstawiono na rysunku 3. b) Rys. 1. Obrazy proszków o płatkowym (a) i kulistym (b) kształcie cząstek Fig. 1. Image of flaky (a) and spherical (b) shape particles Rys. 2. Etapy formowania kształtek w postaci prostopadłościennej belki otrzymanych metodą krokową z kompozytu zawierającego proszek płatkowy; T w = 200 C, p w = 110 MPa Fig. 2. Stages of the sample formation in the form of rectangular beams obtained by the stepwise method from the composite containing flaky powder; T w = 200 C, p w = 110 MPa Rys. 3. Etapy formowania kształtek w postaci walca otrzymane metodą krokową z kompozytu napełnionego proszkiem płatkowym; T w = = 200ºC, p w = 110 MPa Fig. 3. Stages of the sample formation in the form of a cylinder obtained by the stepwise method from the composite filled with flaky powder; T w = 200ºC, p w = 110 MPa

38 L. Paszkowski, D. Biało, W. Wiśniewski Przebieg powstawania próbki walcowej (rys. 3) zbliżony jest do sposobu formowania próbki w postaci belki (rys. 2). Różnica polega na tym, że belki powstają z pręta kompozytowego wyginającego się praktycznie w jednej płaszczyźnie, zaś próbka walcowa formuje się z pręta skręcającego się przestrzennie. Proszek metalowy przyczynia się do znacznego zwiększenia lepkości kompozytu w stosunku do lepkości polimerowej osnowy, co powoduje, że elastyczna masa kompozytu nie rozpływa się natychmiast po wpłynięciu do gniazda formy wtryskowej, jak to ma miejsce w przypadku wtryskiwania polimeru. Dzięki temu, że pojemność cieplna proszku jest znacznie większa niż polimeru, spadek temperatury kompozytu nie jest tak szybki i pozostaje on dłuższy czas w stanie plastyczno-płynnym. Dlatego łączące się między sobą poszczególne porcje kompozytu zlewają się w całość. Nie powstają nawet najmniejsze ślady łączenia się poszczególnych porcji kompozytu, co w rezultacie prowadzi do wytwarzania prawidłowych wyprasek. Na rysunku 4 przedstawiono obraz kształtki powstałej w pierwszym etapie wtryskiwania z kompozytu zawierającego proszek płatkowy (rys. 2a) oraz obrazy osiowych przekrojów przedniej (rys. 4A) i środkowej (rys. 4B) części formującego się pręta. Powierzchnie kształtek z pośrednich etapów wtryskiwania nie są gładkie. Front kształtki jest wyraźnie postrzępiony, a powierzchnie boczne są pokryte gruzełkami. Większe gruzełki występują w kształtkach zawierających proszek płatkowy niż proszek kulisty. Gruzełki tworzone są z płatków proszku otoczonych polimerową osnową. Rysunek pokazuje sposób układania się płatków proszku podczas wtryskiwania. Płatki nie układają się zgodnie z kierunkiem płynięcia wtryski- wanej masy kompozytowej, a przyjmują przypadkowe położenie. Prowadzi to do powstawania produktu o izotropowych właściwościach użytkowych. Na rysunku 5 przedstawiono obraz przekroju osiowego oraz obraz przekroju wykonanego w połowie wysokości kształtki składającej się z prostopadłościennej próbki i zastygłego w kanale doprowadzającym kompozytu stanowiącego odpad. Strzałką zaznaczono kierunek wtryskiwania masy kompozytowej do formy wtryskowej. Przedstawiony obraz pokazuje przypadkowe ułożenie płatków w kształtce. Rys. 5. Przekroje próbki wraz z odwzorowanym kształtem kanału doprowadzającego z kompozytu zawierającego proszek płatkowy Fig. 5. Cross-sections of the sample with sprue replica from the composite with flaky powder Rys. 4. Obraz kształtki otrzymanej z wtryskiwania najmniejszej ilości kom- pozytu zawierającego proszek płatkowy oraz obrazy przekroju czołowej (A) i środkowej (B) części kształtki Fig. 4. Image of the sample obtained by injection the smallest bath of composite containing flaky powder and the cross-sectional images of the frontal (A) and central (B) parts of the sample Badaniom budowy wewnętrznej poddano niskie próbki walcowe o średnicy 10 mm i wysokości 4 mm. Badania te przeprowadzono na obrazach zgładów metalograficznych przekrojów osiowych, wykorzystując do tego celu komputerową analizę obrazu. W badaniu zastosowa- no specjalistyczny program MetIlo 9.0b. Na rysunku 6 przedstawiono wybrany obraz powierzchni zgładu metalograficznego próbki zawierającej proszek płatkowy. Strzałką zaznaczone jest miejsce wtryskiwania kompozytu do formy wtryskowej. Lewa strona przedstawia obraz mikrostruktury, a strona prawa obraz mapy strukturalnej, na którym odmiennym stopniem szarości zaznaczono lokalny udział proszku. Po prawej stronie mapy strukturalnej umieszczony jest zestaw stopni szarości wraz z odpowiadającymi im wartościami udziału proszku. Analiza rozkładu cząstek proszku na powierzchni przekroju pokazuje, że jest on względnie równomierny, dowodząc do prawidłowego przygotowania kompozytu. Dla próbki z proszkiem płatkowym zostały określone dominujące kierunki układania się płatków na zaznaczo-

Formowanie wtryskiwaniem kształtek z kompozytów na osnowie polimerowej z metalowym napełniaczem proszkowym 39 nych na rysunku obszarach. Otrzymane wyniki zostały przedstawione na rysunku 7. w sposób przypadkowy. Występujące lokalne zwiększenie lub zmniejszenie koncentracji napełniacza są na tyle niewielkie, że nie wpływają w sposób znaczący na izotropowość właściwości użytkowych wyprasek. Podobne badania przeprowadzono dla próbek z proszkiem kulistym, a wyniki zostały przedstawione na rysunku 8. Również w tym przypadku rozłożenie cząstek jest równomierne. PODSUMOWANIE Rys. 6. Obraz powierzchni przekroju próbki z proszkiem płatkowym; T w = 200 C i p w = 110 MPa. Lewa strona pokazuje obraz mikrostruktury, a strona prawa mapę strukturalną; strzałką zaznaczono miejsce wtryskiwania kompozytu Fig. 6. Image of the cross-section of the sample with of the flaky powder; T w = 200 C and p w = 110 MPa. The left side shows a picture of the microstructure and the right side shows of the structural map; arrow indicates point of injection of composite Otrzymane wyniki badań wykazały, że proces formowania wyprasek z kompozytów o dużej zawartości proszku metalowego jest odmienny w stosunku do sposobu formowania kształtek z polimeru termoplastycznego. Tworzenie się pręta z kompozytu podczas wtryskiwania jest prawidłowe. Taki sposób formowania kształtki wynika ze znacznej lepkości materiału. Dzięki dużej pojemności cieplnej nie stygnie on tak szybko, jak to ma miejsce przy wtryskiwaniu polimeru, co powoduje, że późniejsze łączenie się między sobą poszczególnych porcji kompozytu jest skuteczne i zachodzi całkowicie, tworząc jednolitą wypraskę. Stwierdzono również, że metodą wtryskiwania można wytwarzać kształtki o właś- ciwościach izotropowych. Rys. 7. Obraz powierzchni przekroju próbki z proszkiem płatkowym; T w = 200 C i p w = 110 MPa. Lewa strona pokazuje obraz mikrostruktury, podzielony na analizowane obszary, a strona prawa obraz rozkładu kierunków układania się płatków; strzałką zaznaczono miejsce wtryskiwania kompozytu Fig. 7. Image of the cross-section of the sample with the flaky powder; T w = 200 C and p w = 110 MPa. The left side shows the picture of the microstructure divided into small analyzed areas, the right side shows main directions of flakes arrangement; arrow indicates point of injection of composites Rys. 8. Obraz powierzchni przekroju próbki z proszkiem kulistym; T w = = 200ºC i p w = 110 MPa. Lewa strona pokazuje obraz mikrostruktury, a strona prawa mapę strukturalną; strzałką zaznaczono miejsce wtryskiwania kompozytu Fig. 8. Image of the cross-section of the sample with of the spherical powder; T w = 200ºC and p w = 110 MPa. The left side shows a picture of the microstructure and the right side of the structural map; arrow indicates point of injection of composite Większościowe kierunki układania się płatków wskazują na sposób płynięcia kompozytu podczas wtryskiwania. Zgodnie z oboma obrazami płatki układają się LITERATURA [1] Najmi L. A., Lee D., Application of mold filling simulation to gate location optimization in powder injection molding, Department of Mechanical Engineering, Aeronautical Engineering and Mechanics Rensselear Polytechnic Institute Troy, New York 12180-359, 95-103. [2] Smorawiński A., Technologia wtrysku, WNT, Warszawa 1989. [3] Smorawiński A., Wtrysk elastomerów, PLASTECH Wydawnictwo Poradników i Książek Technicznych, Wydawnictwo Przemysłowe WEMA, Warszawa 2001. [4] Zawistowski H., Frenkler D., Konstrukcja form wtryskowych do tworzyw termoplastycznych, WNT, Warszawa 1984. [5] Fox R.T., Lee D., Simulation of the mold cooling process in powder injection molding, Advances in Powder Metallurgy, 1991, 105-117. [6] Kwiatkowski D., Nabiałek J., Komputerowe symulacje procesu wtryskiwania kompozytów polimerowych, Kompozyty (Composites) 2005, 5, 4, 93-95. [7] Kwiatkowski D., Nabiałek J., Komputerowe symulacje procesu wtryskiwania próbek do badania odporności na pękanie, Kompozyty (Composites) 2006, 6, 4, 75-78. [8] Suri P., German R.M., de Souza J.P., Park S.J., Numerical analysis of filling stage during powder injection moulding: effects of feedstock rheology and mixing conditions, Powder Metallurgy 2004, 47, 2, 137-143. [9] Dvorak P., Barriere T., Gelin J.C., Jetting in metal injection moulding of 316L stainless steel, Powder Metallurgy 2005, 48, 3, 254-260.

40 L. Paszkowski, D. Biało, W. Wiśniewski [10] Nabiałek J., Kwiatkowski D., Badania symulacyjne i wizualizacyjne przepływu kompozytu polipropylenu z talkiem w procesie przetwórstwa metodą wtryskiwania, Kompozyty (Composites) 2006, 6, 4, 79-82. [11] Piccirillo N., Lee D., Jetting in powder injection molding, 1991 PM Conference and Exhibition, USA, Advances in Powder Metallurgy 1991, 2, 119-125. [12] Piccirillo N., Lee D., Jetting phenomenon in powder injection molding, The International Journal of Powder Metallurgy 1992, 28, 1, 13-25. [13] Bociąga E., Jaruga T., Badania mikroskopowe przepływu tworzywa w kanałach 16-gniazdowej formy wtryskowej, Polimery 2006, 51, 11-12, 843-851. [14] Bociąga E., Doświadczalne metody badania przepływu tworzywa w kanałach form wtryskowych, Polimery 2007, 52, 3, 170-178. [15] Rodriguez-Senin E., Várez A., Levenfeld B., Torralba J.M., París M.A., Processing of Mn-Zn ferrites using mould casting with acrylic thermosetting binder, Powder Metallurgy 2005, 48, 3, 249-253.