TECHNOLOGIE MECHANICZNE KSZTAŁTOWANIE WŁASNOŚCI WYROBU W FORMIE Cz. I - FAZA WYPEŁNIANIA CHEMIA POLIMERÓW Henryk Zawistowski PLASTECH H.ZAWISTOWSKI Politechnika Warszawska Wydział Inżynierii Produkcji Konferencja Techniczna :PLASTECH 2013 Serock 12-13.04.2013 interdyscyplinarność przetwórstwa tworzyw Monomery RÓŻNICE SPOJRZENIE CHEMIKA INŻYNIERIA MATERIAŁOWA Monomery RÓŻNICE SPOJRZENIE CHEMIKA INŻYNIERIA MATERIAŁOWA Stopień polimeryzacji Rozrzut masy cząsteczkowej Szczepienie, sieciowanie, grupy końcowe Stopień polimeryzacji Rozrzut masy cząsteczkowej Szczepienie, sieciowanie, grupy końcowe poziom konieczny Taktyczność Skład kopolimerów poziom konieczny Taktyczność Skład kopolimerów poziom istniejący Krystaliczność Morfologia, budowa nadcząsteczkowa Własności przetwórcze: reologiczne, termiczne? poziom istniejący Krystaliczność Morfologia, budowa nadcząsteczkowa PRZETWÓRSTWO TWORZYW SZTUCZNYCH Własności przetwórcze: reologiczne, termiczne? SPOJRZENIE MECHANIKA Własności optyczne i mechaniczne SPOJRZENIE MECHANIKA Własności optyczne i mechaniczne Tworzywa: modyfikacje, typy, aplikacje, wyroby Tworzywa: modyfikacje, typy, aplikacje, wyroby INŻYNIERIA PRODUKCJI Maszyny, formy, procesy, projekty CAD, CAM 3 INŻYNIERIA PRODUKCJI Maszyny, formy, procesy, projekty CAD, CAM 4 1000 800 600 Ciśnienie (bar) B. 1200 C. 1. początek wtryskiwania 2. masa dopływa do czujnika 2-3. wypełnianie gniazda, 3. punkt przełączania ciśnienia, 3-4. sprężanie, 4. max. ciśnienie w formie, 4-5. malejące ciśnienie docisku, 5. zakrzepnięcie przepływu masy, 4-6. chłodzenie wypraski, 4. D 250 200 150 Droga ślimaka (mm) FAZY PROCESU WTRYSKU - Ciśnienie wtrysku Ciśnienie docisku 4 5 Zakrzepnięcie przewężki 400 200 A. 1. 2. 2 3. ciśnienie właściwe, 4 6 8 ciśnienie w formie 5. droga ślimaka 6. E. Czas (s) 100 50 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 Start wtrysku Ciśnienie atmosferyczne 6 Czas 6
-wypełnianie gniazda formy 1.1. Charakter przepływu cieczy Ciśnienie wtrysku 4 geometria 5 wyrobu Przepływ laminarny (spokojny) Przepływ turbulentny (burzliwy) Jakość powierzchni Wygląd wpłynięcie tworzywa do gniazda formy 1 2 3 0,05 3s objętościowe wypełnienie gniazda Budowa wewnętrzna: - orientacja cząsteczek i wypełniaczy włóknistych - wady ukryte 6 Czas TWORZYWA: nie następuje mieszanie warstw Woda, olej, ciekły metal 7 1.2. Warunki wypełniania : - przechłodzony strumień nie jest związany strukturalnie z wypraską. a. odlewanie ciśnieniowe metalu b. 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 v1 v2 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 0,3 0,5 s na charakter przepływu wpływają : ponadto: geometria gniazda formy: długość drogi płynięcia W KANALE I GNIEŹDZIE, ostre krawędzie, gwałtowne zmiany grubości, gwałtowne zmiany kierunku przepływu, ZJAWISKA: - zawirowania i martwe strefy przepływu, - skutki efektu fontannowegoy płynięcia W KANALE I GNIEŹDZIE - 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 np. PA GF zawirowania strugi powodują koagulację pigmentów SKUTKI: efekt karbu matowe plamy efekt karbu BŁĄD! ostre krawędzie wypraski WTÓRNA LINIA ŁĄCZENIA 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 - forma gorąca TWORZYW TERMOPLASTYCZNYCH warunek drożności przewężki Forma Przepływ fontannowy czoło płynięcia warstwa zastygnięta - forma zimna Forma dobrze -dławienie przepływu Forma źle Copyright by Henryk Zawistowski 1.06P korek Zimna forma - matowe powierzchnie wyprasek z tworzyw z włóknem szklanym zbyt wczesne ochłodzenie czoła strugi przesunięcie warstwy powierzchniowej skurcz masy 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 zatrzymane czoło płynięcia ciśnienie atmosferyczne UWAGA! karb - środki rozdzielające tworzą błonę utrudniającą połączenie strug -przepływ wtórny 34 linie łączenia wypraski z wypełniaczem włóknistym miejsca rozdzielenia i łączenia strug 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 zamknięcia powietrza zgrubienia żeber tworzące główne kanały przepływu linie łączenia linie łączenia Shell Chemicals kierunek przepływu -zamknięcie wypieranego powietrza 1.4. Zjawisko orientacji cząsteczek I wypełniaczy łezki pierwotny kształt cząsteczek skłębione kierunek orientacji podczas przepływu rozciągnięte włókna szklane Utrwalony stan orientacji anizotropia własności mechanicznych zamrożony stan orientacji jest przyczyną: zróżnicowania kierunkowego - anizotropii własności fizyko-mechanicznych wypraski anizotropii skurczu powodującej kierunkowe zróżnicowanie wymiarów, naprężenia i odkształcenia obciążenie, kierunek płynięcia, orientacja SKUTKI STANU ORIENTACJI SĄ NIEUSUWALNE również podczas późniejszej obróbki cieplnej wyprasek 43 pękanie
wysoki stopień orientacji w cienkościennej wyprascei o grubości ścianki 0,6 mm. symulacja ułożenia włókien szklanych w wyniku orientacji grubość ścianki stopień orientacji zakłócenia orientacji najsłabsze miejsce wypraski wlew czas wypełniania Bardzo niska wytrzymałość w kierunku poprzecznym (anizotropia własności) Pęknięcia kieliszka z PS powodowane wysokim stopniem orientacji wzdłużnej. 46 orientacja wzdłużna orientacja poprzeczna na krawędzi zjawisko przepływu poprzecznego w rdzeniu wypraski kierunki orientacji włókien szklanych Orientacja wzdłużna (naprężenia ścinające) Orientacja wzdłużna i poprzeczna (przez rozciąganie strumienia tworzywa) Orientacja wzdłużna włókna szklanego w warstwie powierzchniowej i poprzeczna w części rdzeniowej wypraski V 3 V 2 V 3 S 1 S 2 V 2 V 1 V 1 wlew szczelinowy wlew punktowy wg. Du Pont 48 Wpływ kierunku orientacji włókien szklanych na własności mechaniczne wypraski typowe odkształcenie płytki przy wtrysku centralnym w kierunku płynięcia naprężenie w poprzek kierunku płynięcia (suchy) Grubośc próbki: 2 mm wydłużenie 50
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 Cz. II Cz. III Cz. IV DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ I ZAPRASZAM.