Tempering injection molds - an important prerequisite for the production of injection molded thermoplastics, part 1
Bohužel, mnohdy se tomuto procesnímu parametru nevěnuje patřičná pozornost a případné vady výstřiku se hledají jinde a připisují jiným příčinám než vadám v temperaci vstřikovací formy.
Jak tedy a v jaké míře ovlivňuje teplota formy-pod tímto pojmem budeme nadále vždy rozumět, že se jedná o teplotu stěny tvarové dutiny formy- proces vstřikování termoplastů?
Vliv teploty formy - amorfní termoplasty
Amorfní materiály vystačí s kratším dotlakem a mají oproti částečně krystalických materiálům menší objemovou kontrakci, smrštění obvykle pod 1 % a naopak vyžadují delší dobu chlazení z důvodu širokého pásma tuhnutí – zamrzlá vnější vrstva musí zajistit vyhození výstřiku z formy bez jeho deformace a bez vad povrchu (proboření vyhazovačů, místní deformace – zbělení u vyhazovačů, atd.).
Smrštění je u těchto materiálů určeno zejména teplotními ději, a proto jeho minimalizaci napomáhá:
- vysoká homogenita teploty taveniny
- optimalizovaný systém temperace formy – teplota stěn tvarové dutiny formy má být místně stejná – rozdíl teplot temperační kapaliny na vstupu a výstupu z formy by má být cca 3 až 5 ºC do plusu
- rychlé chlazení (nízká teplota formy) vyvolá silnou orientaci makromolekul na povrchu výstřiku a tím i vznik vysokého obsahu vnitřního pnutí, a to v podélném i příčném směru ke směru toku taveniny
- rychlé chlazení má za následek i horší povrchový vzhled
- pomalé chlazení (vyšší teplota formy) snižuje orientaci makromolekul, snižuje obsah vnitřního pnutí
- pomalé chlazení má kladný vliv na povrchový vzhled výstřiku
Vliv teploty formy - částečně krystalické termoplasty
Výstřiky z částečně krystalických materiálů by po relativně delší době dotlaku, oproti amorfním materiálům, bylo možno po uplynutí doby dotlaku již z formy vyhodit – krystalická struktura výstřik činí již dostatečně tuhým, ale je nutno ještě připravit dávku taveniny pro další pracovní cyklus. Pro zpracování těchto materiálů jsou výhodou vstřikovací stroje s pohony umožňujícími sdílení pohybů, což může vést k podstatné úspoře doby cyklu (např. plastikace při otevírající se formě apod.).
Většina kritérií uvedených pro amorfní plasty je aplikovatelná a platí i pro částečně krystalické materiály. U nich je nutno navíc vzít v úvahu, zda procesní stav výstřiku umožňuje maximalizovat obsah krystalického podílu a tedy i výrobního smrštění či nikoliv.
Pořadí vlivů na maximalizaci hodnoty smrštění pro stav po vyhození výstřiku z formy, tj. minimalizaci dosmrštění je následující:
- zvýšená teplota formy, neboli pomalejší chlazení, má vliv na zvýšení stupně krystalizace v průřezu výstřiku, což znamená větší smrštění a menší dosmrštění, menší vnitřní pnutí, možnost vzniku větších krystalických útvarů s možností vzniku lomových poruch na jejich rozhraní
- při zvýšené teplotě formy jako protiváha působí možnost použití zvýšeného dotlaku pro snížení objemového smrštění
- vyšší teplota formy umožní prodloužení doby plnění a dotlaku a tím dopravit do tvarové dutiny formy více taveniny, a tak více eliminovat objemovou kontrakci
- snížení teploty formy – rychlejší chlazení má za následek menší podíl krystalických útvarů, menší krystaly, menší výrobní smrštění a tím větší dosmrštění a větší obsah vnitřního pnutí
- při nižší teplotě taveniny nukleační zárodky umožňují rychlejší krystalizaci v orientované struktuře a tím nárůst smrštění podél toku taveniny a jeho pokles ve směru kolmém na tok, tj. zvýšení anizotropie výrobního smrštění
- použití materiálu s vyšším indexem toku taveniny i při nižší teplotě taveniny zajistí dobré objemové naplnění tvarové dutiny formy
- větší ústí vtoku (snížení odporu proti plnění a snížení smykového namáhání) také napomáhá lepšímu objemovému naplnění dutiny formy.
Uvedené vlivy platí za předpokladu relativně konstantní tloušťky stěn výstřiku. Jestliže jsou na výstřiku různé tloušťky stěn, je u stěn s větší tloušťkou gradient chlazení menší (střed stěny je teplejší). To vede k různému stupni krystalizace a tím i k rozdílnému místnímu smrštění. Nestejné smrštění vyvolá ve výstřiku napětí, které má za následek deformaci - zkroucení dílu.
Další negativní vliv na deformaci má i anizotropie smrštění. Pro její minimalizaci platí:
- snížit vstřikovací tlak a zvýšit teplotu taveniny
- změnit teplotu formy a tím gradient rychlosti chlazení
- přemístit ústí vtoku nebo použít více vtoků
 |
Vliv teploty formy na jednotlivé fáze vstřikovacího procesu
Plastikace- dávkování
Na fázi přípravy polymerní taveniny nemá teplota formy vliv.
Vstřikovací a kompresní fáze-fáze plnění tvarových dutin formy polymerní taveninou
Tato fáze má výrazný vliv na vzhled výstřiků a jejich případné povrchové vady, nikoliv na rozměry a tvary výstřiku.
Teplota formy, při nastavení v rozmezí doporučeném výrobcem granulátu, nemá na plnění tvarové dutiny taveninou přímý vliv, přičemž samozřejmě platí, že se zvyšující se teplotou stěny formy tavenina lépe zatéká do tvarů formy.
Z pohledu plnění tvarové dutiny polymerní taveninou jsou důležité další procesní parametry-rychlost vstřikování a její profil; vstřikovací tlak, který musí být tak vysoký, aby realizoval maximální nastavenou vstřikovací rychlost; teplota taveniny; rozdělení viskozity taveniny v dávce; způsob a průběh přepnutí ze vstřikovacího tlaku na dotlak - optimální přepnutí ( plynulá tlaková odezva v dutině formy), pozdní ( tlakový vzestup-pík na tlakové křivce ), dřívější ( tlakový propad na tlakové křivce ).
Přepnutí ze vstřikovacího tlaku na dotlak
Ani na jeden ze způsobů přepnutí ze vstřikovacího tlaku na dotlak:
- přepnutí po dosažení zvoleného času od začátku plnění tvarové dutiny taveninou-časové přepnutí
- přepnutí po dosažení zvoleného bodu nebo objemu na dráze pohybu šneku vpřed při plnění dutiny polymerní taveninou-dráhové-objemové přepnutí
- přepnutí po dosažení zvolené hodnoty tlaku měřeného buď v hydraulickém systému vstřikovacího stroje nebo v tvarové dutině formy v místech co nejblíže ústí vtoku nebo v kanálu horkého rozvodu nemá teplota formy přímý vliv.
Dotlaková fáze
Technologické parametry ovlivňující dotlakovou fázi jsou:
- tlaková úroveň dotlaku, resp. časový průběh tlaku
- doba dotlaku
- teplota formy
- teplota taveniny
- rychlost dotlaku
Vliv technologických parametrů na výstřik:
- dotlak a doba jeho působení ovlivněná teplotou formy má nejvýraznější vliv na rozměry a tvary výstřiku, včetně jeho hmotnosti, přičemž je nutno si uvědomit, že mezi rozměry a hmotností neexistuje korelace, tj. dva stejné výstřiky z téže dutiny formy mající stejnou hmotnost mohou mít rozdílné rozměry.
- kromě smrštění, tj. rozměrové a tvarové přesnosti má dotlaková fáze vliv i na anizotropii smrštění.
- dotlaková fáze ovlivňuje i výskyt a odstranění lunkrů v průřezu výstřiku v místě hromadění materiálu a na povrchu výstřiků výskyt a odstranění propadlin.
- dotlaková fáze má vliv na orientaci makromolekul (zejména v oblasti okolo vtokových ústí) a tím i na obsah vnitřního pnutí.
- doba dotlaku ovlivňuje i relaxační pochody mající vliv na konečnou anizotropii vlastností výstřiku.
- dotlaková fáze spolu s konstrukcí formy (tuhost) a volbou uzavírací síly vstřikovacího stroje může mít vliv na tvorbu přetoků v dělicích rovinách formy, zvýšení nepřesnosti rozměrů, zejména u rozměrů nevázaných formou a na schopnost vyhození výstřiku z formy při přeplnění tvarové dutiny formy.
Fáze chlazení výstřiku ve formě
Při vstřikování termoplastů rozlišujeme v oblasti chlazení výstřiku dva pojmy:
- ochlazování – zahrnuje dobu od objemového naplnění tvarové dutiny formy až po vyhození výstřiku z formy, tj. zahrnuje dobu dotlaku a dobu chlazení
- chlazení – doba od skončení dotlaku po vyhození výstřiku z formy
Technologické parametry ovlivňující fázi chlazení:
- doba chlazení
- teplota formy
- teplota vyhazování výstřiku z formy
Vliv technologických parametrů na výstřik:
- rychlost ochlazování (gradient) v intervalu nad teplotou zeskelnění Tg u amorfních a nad teplotou tání krystalického podílu u částečně krystalických termoplastů je určující pro relaxační jevy ovlivňující rozložení orientace makromolekul a vnitřní pnutí z orientace.
- gradient ochlazování pod Tg a pod teplotou tání krystalického podílu určuje zejména tepelné pnutí a krystalickou strukturu.
- obecně platí, že čím je ochlazování výstřiku ve formě pomalejší, tj. teplota formy je vyšší a doba ochlazování delší, tím větší je u částečně krystalických polymerů obsah krystalického podílu a větší velikost sférolitů.
- s rostoucím obsahem krystalického podílu vzrůstá smrštění, tuhost a pevnost, klesá dodatečné smrštění, tažnost a houževnatost.
- teplota formy u amorfních termoplastů má výrazný vliv na povrchový lesk – se zvyšující se teplotou formy lesk vzrůstá.
- u částečně krystalických materiálů se zvyšující se teplotou formy lesk mírně klesá nebo se nemění.
Při vstřikování termoplastů musíme vzít v úvahu, že technologické parametry charakterizující jednotlivé fáze výrobního cyklu se navzájem ovlivňují a že se i jednotlivé, na sebe navazující fáze, také ovlivňují.
Obecně platí, že například teplota formy, resp. její zvýšení, zkracuje dobu plnění tvarových dutin formy, prodlužuje možnou dobu dotlaku a dobu chlazení, umožňuje vstřikovat vyšší vstřikovací rychlostí a zlepšuje zatékání taveniny do tvarových prvků formy. Zvýšení teploty taveniny má obdobný vliv jako zvýšení teploty formy.
3DTEC s.r.o.: Use of 3D Measurement in Mold Optimization
20.6.2025 3D measurement and scanning significantly improve the design and optimization of injection molds in the plastics industry. They enable precise reconstruction of complex parts, comparison of molded parts with CAD models, detection of dimensional...
