Vstrekovanie termoplastickej peny (TSG)

Vstrekovanie termoplastickej peny (skrátene TSG) je špeciálny proces v oblasti vstrekovania, ktorý sa používa už mnoho desaťročí. V tomto procese sa termoplastický materiál nechá napeniť v dutine pridaním nadúvadla k tavenine v vstrekovacom stroji. Dutina je spočiatku čiastočne vyplnená, aby poskytla plastu potrebný priestor na jeho expanziu, ku ktorej dochádza počas napenenia.

Základný princíp vstrekovania termoplastickej peny

Pri vstrekovaní sa hnacie plyny používajú na zabránenie stopám po umývadle, na výrobu hrubostenných tvarov a/alebo na zníženie hmotnosti. To sú hlavné výhody penového termoplastu.

Výhody komponentov ZTŠ:

  • Redukcia hmotnosti
  • nižšia náchylnosť na oneskorenie
  • zvýšená tuhosť vo vzťahu k hmotnosti
  • menej alebo žiadne stopy po umývadle
  • Predĺženie dĺžky prietokovej dráhy

Výhody procesu ZTŠ

  • je potrebná menšia upínacia sila
  • kratšie doby cyklu (v závislosti od hrúbky steny)
  • znížená viskozita taveniny
  • menší alebo žiadny dôraz
  • nižšia teplota topenia a teplota plesní

Aby sa dosiahli požadované výsledky, postačí pridať hnaciu látku do plastového granulátu v relatívne malom množstve. Pomer medzi hnacím plynom a granulátom by sa mal nastaviť podobne ako množstvo farieb, ktoré sú potrebné na zafarbenie materiálu.

Po pridaní pohonnej látky sa tepelne rozloží a rozpustí v plynných zložkách. Tento proces spôsobuje penenie taveniny. Aby sa dosiahol optimálny penivý účinok, malo by nadúvadlo pôsobiť čo najskôr po pridaní do taveniny. To zaisťuje, že povrchy tvarovaných častí nie sú účinkami penenia vôbec alebo len zanedbateľne narušené.

Pri vstrekovaní do formy je vstrekovací tlak vo vstrekovaní termoplastickej peny v predkomore skrutky až 2 000 barov. Ak je však nástroj dobre vetraný, sú tlakové podmienky v samotnom nástroji, t. J. Na prednej strane prietoku, takmer podobné tým, ktoré sú merané v oblasti okolo nástroja. Na čele toku potom vznikajú plynové bubliny, ktoré sa rozširujú v smere toku, zatiaľ čo tavenina vykonáva svoj valivý pohyb. To vedie k strieborným pruhom na povrchu obrobku, ktoré sú zhruba vyrovnané ku koncu dráhy toku.

peny

Dva procesy na penenie termoplastov pri vstrekovaní

Hnacie plyny pre vstrekovanie termoplastickej peny

Na penenie plastov pri vstrekovaní termoplastickej peny sa používajú buď výlučne chemické alebo výlučne fyzikálne nadúvadlá alebo zmes chemických a fyzikálnych nadúvadiel. Použité nadúvadlá sú komerčne dostupné vo forme prášku alebo ako predzmesi.

Chemické nadúvadlá

Hydrogenuhličitan sodný a deriváty kyseliny citrónovej sú jedným z najčastejšie používaných chemických nadúvadiel pri vstrekovaní termoplastickej peny.

Chemické nadúvadlá sa rozkladajú pri topení termoplastického materiálu. Hnacie plyny uvoľňujú plyny, ako je oxid uhličitý alebo dusík. Tieto plyny sa zmiešajú s taveninou. Chemická reakcia zároveň vytvára tuhé zvyšky rozkladu. V závislosti od nadúvadla môžu mať tieto zvyšky negatívny vplyv na výsledok procesu. Aby sa zabránilo takýmto nežiaducim výsledkom, musia sa nadúvadlá pred použitím zvoliť spôsobom kompatibilným s procesom.

Počas procesu vstrekovania do formy je plyn vystavený pôsobeniu tepla a tlaku, takže sa rozširuje. Ak chcete aditíva pridávané do taveniny distribuovať v materiáli čo najhomogénnejšie, je potrebné použitie skrutiek špeciálne určených pre tento prípad. Zvyčajne je možné tieto špeciálne skrutky použiť v štandardných valcoch.

Fyzické pohonné látky

Spôsob pôsobenia fyzikálnych nadúvadiel sa líši od spôsobu pôsobenia chemických nadúvadiel v tom, že nedochádza k rozkladnej reakcii. Preto pri použití fyzikálnych nadúvadiel nedochádza k zvyškom rozkladu, ktoré vznikajú pri použití chemických nadúvadiel.

Pri vstrekovaní termoplastickej peny pomocou fyzikálnych nadúvadiel sa polymérna tavenina plní nepriamo pridávaním nadúvacieho plynu. Na plnenie sa používa stanica na meranie plynu. Ich výkon závisí od množstva plynu, ktorý sa má rozpustiť v polyméri.

Fyzické ZTŠ podľa procesu MuCell

Pri vstrekovaní peny podľa procesu MuCell sa do taveniny termoplastického plastu pridáva jeden z inertných plynov dusík alebo oxid uhličitý, aby sa potom zmiešal vo valci taveniny za vzniku jednofázového roztoku. Keď sa tento jednofázový roztok vstrekuje do vstrekovacej formy, tlak vyvíjaný na zmes klesá. Tento pokles tlaku vedie k tomu, že sa v materiáli vytvárajú väčšie plynové bubliny obsiahnuté v nukleáte obrobku a veľké množstvo malých článkov. Postupom procesu sa tieto malé plynové bubliny rozširujú - termoplastická pena a tuhne. Výsledné bunky naplnené plynom nahradzujú definovaný objem plastu, čo znižuje hustotu materiálu.


Schematický priebeh procesu v procese MuCell

Systémová technológia MuCell (tiež Cellmould) TSG obsahuje dávkovaciu jednotku plynu na dodávku paliva, skladovacie nádrže na palivo (CO2 alebo N2), vstrekovače plynu, ktoré privádzajú palivo do vstrekovacieho stroja, a špeciálnu skrutku s dynamickým miešadlom na zmiešanie nadúvadla s termoplastickou taveninou. Nasledujúca grafika zobrazuje štruktúru systému MuCell.


Konštrukcia systému MuCell

Fyzické ZTŠ podľa metódy ProFoam

V rámci spoločného výskumného projektu vyvinuli spoločnosti Arburg a IKV princíp nakladania pre formovanie vstrekovaním pomocou termoplastickej peny. Podľa tohto postupu ProFoam je plast umiestnený v atmosfére nadúvadla ešte v tuhom stave nainštalovaním zámku tlakovej komory medzi násypku materiálu a plastifikačnú jednotku. Plast je naplnený hnacou kvapalinou v zámku tlakovej komory difúznymi a zmiešavacími procesmi.


Konštrukcia systému ProFoam

Proces ProFoam pre vstrekovanie termoplastickej peny má výhody tak pre strojárstvo, ako aj pre strojárstvo. Na rozdiel od predtým známych spôsobov zavádzania dusíka a oxidu uhličitého do taveniny vyžaduje proces ProFoam iba malé technické úpravy. Táto špeciálna metóda plnenia hnacieho plynu znižuje viskozitu materiálu. Preto si tento proces vyžaduje iba použitie štandardnej skrutky a umožňuje tiež spracovanie plastov citlivých na strih.