Postopek brizganja plastičnih steklenic

Postopek brizganja: osnovna tehnologija termoplastičnega brizganja

Postopek brizganja je učinkovita tehnologija brizganja, ki termoplastične materiale predeluje v različne izdelke s pomočjo kalupov. Z visoko avtomatizacijo, hitro proizvodno učinkovitostjo in visoko natančnostjo izdelkov je postal eden najpogosteje uporabljenih postopkov v sodobni predelavi plastike. Od vsakdanje plastične posode in ohišij za telefone do preciznih avtomobilskih delov in medicinskih pripomočkov, tehnologija brizganja s svojo močno prilagodljivostjo in fleksibilnostjo podpira proizvodnjo izdelkov v številnih panogah in ima nenadomestljivo mesto v znanosti o materialih in industrijski proizvodnji.

1. Načela procesa in ključni elementi

Osnovno načelo postopka brizganja je ciklični proces taljenja, ki tvori strjevanje: trdni plastični delci se segrejejo in stalijo v tekočo dinamično talino, ki se pod tlakom vbrizga v zaprto votlino kalupa. Po ohladitvi in strjevanju v votlini talina tvori izdelek, ki je skladen z obliko votline kalupa. Ta postopek je treba doseči s sinergijskim učinkom treh ključnih elementov: surovin, opreme za brizganje in kalupov.

Zahteve glede lastnosti surovin

Postopek brizganja ima posebne zahteve glede lastnosti surovin (termoplastov), kar neposredno vpliva na kakovost in učinkovitost brizganja. Stopnja pretoka taline (MFR) je ključni kazalnik, ki odraža fluidnost plastične taline. Prekomerna MFR lahko povzroči veliko krčenje in nestabilno velikost izdelka; če je prenizka, bo fluidnost slaba in lahko se pojavijo težave, kot sta pomanjkanje materiala in nezadostno polnjenje. Glede na kompleksnost izdelka je treba izbrati ustrezno plastiko MFR, na primer visoko fluidno PP in ABS za precizne dele ter visoko trdnostno PC in PA za konstrukcijske dele.

Termična stabilnost plastike je prav tako pomembna. Mora biti sposobna prenesti temperaturo segrevanja materiala v sodu (običajno 150–350 ℃) brez degradacije, sicer bo prišlo do razbarvanja in zmanjšanja mehanskih lastnosti izdelka. Zato je treba pred obdelavo potrditi temperaturo toplotnega razkroja plastike. Na primer, PVC-ju je treba dodati toplotni stabilizator, da se prepreči razkroj. Poleg tega je treba stopnjo krčenja plastike (delež krčenja zaradi hlajenja po brizganju) uskladiti z zasnovo kalupa. Različne plastike se bistveno razlikujejo v stopnjah krčenja (na primer stopnja krčenja PE 1,5–3 %, stopnja krčenja PC 0,5–0,7 %), kalup pa mora imeti rezervo za krčenje, da se zagotovi dimenzijska natančnost izdelka.

Med običajne brizgane plastike spadajo splošne plastike (PP, PE, ABS, PS), inženirske plastike (PC, PA, POM, PBT) in posebne plastike (PEEK, PI), ki so primerne za scenarije z različnimi zahtevami glede trdnosti, temperaturne odpornosti in kemične odpornosti.

Sestava opreme za brizganje plastike

Stroj za brizganje plastike je osrednja oprema procesa brizganja plastike, sestavljena iz štirih delov: sistema za brizganje, sistema za vpenjanje kalupa, hidravličnega prenosnega sistema in električnega krmilnega sistema. Sistem za brizganje je odgovoren za taljenje in brizganje plastike, vključno z lijnikom, sodčkom, vijakom in šobo: lijnik shranjuje plastične delce, ki zaradi gravitacije padajo v sod; grelni obroč ovije zunanjo stran valja z materialom, da se plastika segreje do staljenega stanja; vijak z vrtenjem in aksialnim gibanjem opravi transport, stiskanje in plastifikacijo (mešanje taline) plastike, plastificirana talina pa se vbrizga v kalup skozi šobo.

Sistem za vpenjanje kalupa omogoča odpiranje, zapiranje in zaklepanje kalupa, sestavljen pa je iz fiksne šablone, gibljive šablone, vlečne palice in vpenjalnega valja. Vpenjalna sila se mora ujemati s tlakom vbrizgavanja in projicirano površino izdelka, da se prepreči raztezanje kalupa in nastanek zarez med vbrizgavanjem. Formula za izračun vpenjalne sile je: vpenjalna sila (kN) = projicirana površina izdelka (cm²) x tlak vbrizgavanja (MPa) x varnostni faktor (1,2–1,5).

Hidravlični prenosni sistem zagotavlja moč za brizganje in zapiranje kalupa ter nadzoruje hitrost in tlak gibanja vsake komponente; električni krmilni sistem (PLC + zaslon na dotik) natančno nadzoruje procesne parametre (temperaturo, tlak, čas) za doseganje avtomatizirane proizvodnje. Vrhunski stroji za brizganje so opremljeni tudi s servo motorji, kar omogoča več kot 30-odstotni prihranek energije.

Ključne točke načrtovanja kalupov

Kalup je ključnega pomena za določanje oblike in kakovosti izdelka, sestavljen pa je iz votline, jedra, sistema za vlivanje, hladilnega sistema in sistema za izmet. Zunanja in notranja površina izdelka, ki ju tvorita votlina in jedro, sta večinoma izdelani iz kalupnega jekla (kot je P20, 718H), ki ga je treba kaliti in polirati, da se zagotovi gladkost površine in odpornost proti obrabi.

Sistem za vlivanje uvaja staljeni material iz šobe v votlino kalupa, vključno z glavnim kanalom, preusmerjevalnim kanalom in dolivnim kanalom: glavni kanal povezuje šobo in preusmerjevalni kanal, za enostavno odstranjevanje iz kalupa pa je treba zasnovati zoženje (2°-5°); preusmerjevalni kanal porazdeli talino v več votlin; dolivni kanal je zadnji kanal za vstop taline v votlino kalupa, z majhno velikostjo (običajno 0,5-2 mm), kar je priročno za rezanje taline in ločevanje izdelka. Pogoste vrste dolivnih kanalov vključujejo stranske dolivne kanale, točkovne dolivne kanale in skrite dolivne kanale, ki jih je treba izbrati glede na obliko izdelka.

Hladilni sistem odvaja toploto taline s kroženjem vode, kar pospešuje strjevanje izdelka. Kanal hladilne vode mora biti blizu površine kalupne votline (15–25 mm stran), da se zagotovi enakomerno hlajenje. Čas hlajenja predstavlja 50–70 % cikla oblikovanja in neposredno vpliva na učinkovitost proizvodnje. Izmetalni sistem (izmetalni zatič, zgornja plošča, izmetna cev) po ohladitvi potisne izdelek iz kalupa, da se prepreči deformacija ali praske.

2. Potek procesa in ključni parametri

Postopek brizganja je neprekinjen cikel, nadzor parametrov vsake povezave pa neposredno vpliva na kakovost izdelka. Celoten postopek vključuje tri faze: pripravo surovin, brizganje in naknadno obdelavo.

Faza priprave surovin

Surovine je treba predhodno obdelati in posušiti: predhodna obdelava vključuje presejanje (odstranjevanje nečistoč) in mešanje (dodajanje barvne masterbatche in dodatkov v sorazmerju), da se zagotovi enakomernost surovin; sušenje je namenjeno higroskopskim plastikam (kot so PA, PC, PBT), ki so nagnjene k absorpciji vlage iz zraka in lahko pri taljenju povzročijo napake, kot so mehurčki in srebrne žice. Za zmanjšanje vsebnosti vlage pod 0,02 % - 0,05 % je treba uporabiti sušilni stroj (sušenje z vročim zrakom ali razvlažilno sušenje). Parametri sušenja se razlikujejo glede na plastiko (npr. temperatura sušenja PC je 120 ℃ 4-6 ur; temperatura sušenja PA6 je 80-90 ℃ 4 ure).

Faza brizganja

To je jedro postopka, ki je sestavljen iz petih korakov: plastifikacije, brizganja, zadrževanja tlaka, hlajenja ter odpiranja in izmeta kalupa. Plastifikacija: Vrtenje polža premika plastične delce naprej in jih tali pod vplivom segrevanja valja in strižnega delovanja polža, pri čemer nastane enakomerna talina. Kakovost plastifikacije je odvisna od temperature valja, hitrosti polža in protitlaka (protitlaka med vrtenjem polža). Če je protitlak previsok, se čas plastifikacije podaljša, če pa je prenizek, se plastifikacija neenakomerna.

Vbrizgavanje: Vijak se hitro premika naprej, da vbrizga talino v votlino kalupa pod visokim tlakom in hitrostjo. Tlak vbrizgavanja je običajno 50–150 MPa, hitrost pa 30–150 mm/s. Prilagoditi ga je treba glede na debelino in kompleksnost izdelka: tankostenski izdelki zahtevajo visok tlak in visoko hitrost (da se zmanjša hlajenje taline), debelostenski izdelki pa nizek tlak in nizko hitrost (da se prepreči prelivanje).

Zadrževanje tlaka: Ko talina napolni votlino kalupa, vijak vzdržuje določen tlak, da ponovno vnese material v votlino in s tem kompenzira krčenje taline zaradi hlajenja. Zadrževanje tlaka je običajno 60–80 % tlaka vbrizgavanja, čas zadrževanja pa je določen glede na debelino izdelka (pri izdelkih z debelimi stenami je treba čas zadrževanja podaljšati). Nezadostno zadrževanje lahko povzroči vdolbino in manjšo velikost izdelka.

Hlajenje: Po končanem zadrževanju tlaka sistem za hlajenje kalupa zniža temperaturo izdelka pod temperaturo toplotne deformacije, kar mu omogoči strjevanje in oblikovanje. Formula za izračun časa hlajenja je: čas hlajenja (s) = (največja debelina stene izdelka (mm))² × koeficient materiala, različni koeficienti plastike so različni (npr. koeficient PE 0,8, koeficient PC 1,2).

Odpiranje in izmet kalupa: Po končanem ohlajanju sistem za zapiranje kalupa požene premikajočo se šablono, da se umakne in odpre kalup. Sistem za izmet izvrže izdelek iz kalupa z počasno in enakomerno hitrostjo, da prepreči deformacijo ali beljenje izdelka.

Faza naknadne obdelave

Nekateri izdelki zahtevajo naknadno obdelavo za izboljšanje učinkovitosti: odstranjevanje odvečnega materiala z ulivnika in ločilne površine z odstranjevanjem zarobkov; žarjenje (kot je 2-urno zadrževanje izdelkov iz PC v pečici pri 120 ℃) odpravlja notranje napetosti in preprečuje razpoke izdelka; površinska obdelava (barvanje z brizganjem, galvanizacija, sitotisk) izboljša videz in funkcionalnost; pri izdelkih živilske kakovosti je potrebno čiščenje in razkuževanje za odstranitev oljnih madežev in nečistoč.

3. Nadzor kakovosti in pogoste težave

Kakovost brizganih izdelkov je treba nadzorovati s treh vidikov: videza, velikosti in mehanskih lastnosti. Pogoste napake je treba odpraviti z optimizacijo parametrov med proizvodnjo.

Kazalniki pregleda kakovosti

Zahteve glede kakovosti videza vključujejo odsotnost napak, kot so zarobki, manjkajoči materiali, mehurčki, srebrne žice, sledi krčenja, praske itd., kar je mogoče doseči z vizualnim ali avtomatiziranim vizualnim pregledom (z natančnostjo 0,01 mm); dimenzijska natančnost mora biti v skladu z risbeno toleranco (npr. ± 0,1 mm), ključne dimenzije pa je treba izmeriti s koordinatnim merilnim instrumentom ali pomično čeljustjo; mehanske lastnosti (natezna trdnost, udarna trdnost) morajo ustrezati zahtevam uporabe, standardi delovanja pa se zagotavljajo z vzorčenjem in preskušanjem surovin in končnih izdelkov.

Pogoste napake in rešitve

Napake v proizvodnji pogosto povzročajo parametri ali težave s kalupom in jih je mogoče ustrezno prilagoditi: zaradi nezadostne sile vpenjanja kalupa ali visokega tlaka vbrizgavanja je treba povečati ali zmanjšati količino ostružkov (presežek materiala na robu izdelka); zaradi slabe pretočnosti taline ali nezadostne količine vbrizgavanja je treba povečati ali zmanjšati količino materiala v valju, povečati tlak vbrizgavanja ali podaljšati čas zadrževanja; zaradi nezadostnega sušenja surovin ali vdora zraka v talino je treba mehurčke bolj sušiti ali zmanjšati hitrost vijaka (da se zmanjša ujetost zraka); zaradi nezadostnega sušenja surovin ali vdora zraka v talino je treba povečati tlak zadrževanja ali optimizirati kanal hladilne vode; zaradi nezadostnega tlaka ali neenakomernega hlajenja je treba povečati tlak zadrževanja ali optimizirati kanal hladilne vode; zaradi prekomerne notranje napetosti je treba zmanjšati temperaturni gradient kalupa ali prilagoditi položaj zapornice, da se zagotovi enakomeren pretok taline.

4. Področja uporabe in razvojni trendi

Postopek brizganja plastike se s svojimi prednostmi visoke učinkovitosti in natančnosti pogosto uporablja v različnih panogah in se s tehnološkim napredkom izboljšuje v smeri inteligence in okolju prijaznosti.

Glavna področja uporabe

Embalažna industrija je največji trg za tehnologijo brizganja, saj proizvaja pokrovčke za steklenice, posode, škatle za obračanje itd. Na primer, pokrovčki za steklenice mineralne vode uporabljajo brizganje PP, da se zagotovi tesnjenje z oblikovanjem navojev; avtomobilska industrija uporablja brizganje za izdelavo notranjih delov (armaturna plošča, vratne obloge), zunanjih delov (odbijač) in funkcionalnih delov (priključki) ter inženirske plastike (zlitina PC/ABS) za nadomeščanje kovin zaradi lažje teže; industrija gospodinjskih aparatov proizvaja lupine (predali hladilnikov, notranje cevi pralnih strojev) in strukturne komponente (zobniki, nosilci), pri čemer ABS postaja glavni material zaradi enostavnega barvanja in zmerne trdnosti; medicinska industrija uporablja brizganje medicinskih plastik (PC, PP) za proizvodnjo brizg, ohišij infuzijskih kompletov in komponent medicinskih pripomočkov, kar zahteva čiste kalupe in nestrupene surovine; industrija 3C proizvaja precizne dele, kot so ohišja mobilnih telefonov, tipkovnice, priključki itd., ki zahtevajo dimenzijsko toleranco ± 0,02 mm ter visoko precizne stroje in kalupe za brizganje.

Trendi tehnološkega razvoja

Inteligenca je osrednja smer, stroji za brizganje pa so opremljeni s senzorji (tlak, temperatura, premik) in algoritmi umetne inteligence za spremljanje staljenega stanja in kakovosti izdelka v realnem času. S prilagodljivim krmiljenjem se parametri samodejno prilagajajo, da se zmanjša ročni poseg, stopnja izpada pa se zmanjša pod 0,5 %; industrijski internet omogoča mreženje opreme, oddaljeno spremljanje proizvodnih podatkov in porabe energije ter izboljšuje učinkovitost upravljanja.

Ozelenitev se osredotoča na varčevanje z energijo, zmanjšanje porabe in krožno uporabo, s stopnjo penetracije servo motorjev v brizgalne stroje več kot 80 % in 30-odstotnim zmanjšanjem porabe energije; tehnologija brizganja reciklirane plastike je zrela, s čiščenjem in modifikacijo pa se lahko reciklirani PP in ABS uporabljata za izdelke, ki niso v stiku z živili; uporaba brizganja biološko obarvane plastike (PLA, PBAT) se širi, kar zmanjšuje odvisnost od fosilnih virov.

Preboj v tehnologiji natančnosti in posebnega brizganja, mikrobrizganje lahko proizvaja mikro izdelke, ki tehtajo manj kot 0,1 g (kot so medicinski mikro deli), z natančnostjo ± 0,001 mm; brizganje s pomočjo plina uporablja vbrizgavanje dušika za izdelavo votlih izdelkov z debelimi stenami, kar zmanjšuje sledi krčenja in težo; dvobarvno/večbarvno brizganje za enkratno brizganje večmaterialnih ali večbarvnih izdelkov, kar izboljša integracijo videza in funkcionalnosti.

Kot osrednja tehnologija predelave plastike postopek brizganja plastike odraža skupno inoviranje materialov, opreme in kalupov v svojem razvojnem procesu. Od vsakodnevnih potrebščin do visokokakovostnih industrijskih delov, tehnologija brizganja plastike s svojimi učinkovitimi in prilagodljivimi lastnostmi podpira razvoj sodobne predelovalne industrije. Z poglabljanjem inteligentne in zelene tehnologije bo postopek brizganja plastike igral večjo vlogo pri natančni proizvodnji in varčevanju z viri, kar bo spodbudilo predelovalno industrijo k visoki kakovosti.