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 cm 3 /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 cm 3 /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 Rodzaj Właściwości fizyczne Podstawowe parametry wtryskiwania tworzywa Gęstość, Ciepło Skurcz Ciśnienie Temperatura Temperatura Dopuszczalna g/cm 3 właściwe, J/gK prasowniczy, % wtrysku, MPa wtrysku, C formy, C wilgotność tworzywa, % 255 0,005 80 120 80 120 PS 1,02 1,07 1,25 0,4 0,6 60 120 170 250 20 70 0,3 SAN 1,08 1,46 0,25 0,4 0,6 70 135 180 240 15 65 ABS 1,43 0,2 1,03 1,15 0,4 0,7 80 180 180 250 60 80 PELD 2,3-0,915 0,925 1,0 3,0 55 105 190 270 10 60 PEHD 2,3-0,94 0,965 1,5 4,0 50 120 220 310 10 100 PP 1,67 min 90-0,9 0,91 1,5 3,0 270 300 50 80 PVC-U >130-1,15 1,45 0,85 0,9 0,4 0,5 165 210* 10 60 PVC-P min 55-1,16 1,35 0,9 1,8 1,5 3,0 145 180 15 45 POM 1,42 1,46 0,1 1,5 2,5 80 120 180 230 60 120 PMMA 1,48 0,1 1,18 1,19 0,4 0,8 80 160 190 250 50 100 PA6 1,12 1,15 1,70 1,88 0,8 3 80 120 235 270 60 120 0,1 PA66 min 270 0,1 1,13 1,14 1,70 1,88 1,0 2,5 70 120 30 135 TPUR 1,21 1,78 0,05 1,0 2,0 80 120 180 200 20 90 PC 1,2 1,17 0,02 0,6 0,8 120 160 270 320 85 120 PBT 1.34 1,35 240 0,04 1,0 2,0 80 120 70 120 PET 1,31 1,05 1,20 l,2 2,0 k) 0,2 a) PPO 1,06 1,46 0,5 0,7 >100 260 300 110 120 0,05 PEEK 1,32-0,02 0,1 1,4 80 120 350 380 150 180 PSU 1,24 1,30 0,7 >150 0,02 120 160 350 400 PPS 1,34-1,0 80 120 340 370 120 200 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: L f LW (7.9.1) S // = 100% L f gdzie: S // - liniowy skurcz w kierunku równoległym do kierunku wtryskiwania, L W - dł ugość lub ś rednica wypraski, mm, L f - odpowiednik wymiaru L W w gnieździe formującym, mm,

(7.9.2) S b f b = b f w 100% gdzie: S - skurcz w kierunku prostopadłym do kierunku wtryskiwania, b w - szrokość wypraski, mm, b f - 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 N1: wprowadzić hasło użytkownika: 1998. Potwierdzić wprowadzone hasło przez naciśnięcie klawisza ENTER". Wprowadzenie tego hasła uprawnia do 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 w szeregu przycisków funkcji głównych). Rys 2 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/C- 89034 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