Introduzione: Lo stampaggio a iniezione è il processo primario nei materiali per imballaggi cosmetici. Il primo processo è spesso lo stampaggio a iniezione, che determina direttamente la qualità del prodotto e la produttività. L'impostazione del processo di stampaggio a iniezione dovrebbe considerare 7 fattori quali ritiro, fluidità, cristallinità, plastiche termosensibili e facilmente idrolizzabili, fessurazione da stress e frattura da fusione, prestazioni termiche e velocità di raffreddamento e assorbimento di umidità. Questo articolo è stato scritto daPacchetto arcobaleno di ShanghaiCondividi i contenuti rilevanti relativi a questi 7 fattori, affinché i tuoi amici nella catena di fornitura di Youpin possano consultarli:
Stampaggio a iniezione
Lo stampaggio a iniezione, noto anche come stampaggio a iniezione, è un metodo di stampaggio che combina iniezione e stampaggio. I vantaggi del metodo di stampaggio a iniezione sono la velocità di produzione elevata, l'alta efficienza, la possibilità di automatizzare il processo, la varietà di colori, la possibilità di realizzare forme da semplici a complesse, dimensioni da grandi a piccole, la precisione dimensionale del prodotto, la facilità di aggiornamento del prodotto e la possibilità di realizzare forme complesse. I componenti e lo stampaggio a iniezione sono adatti alla produzione di massa e ai settori di lavorazione dello stampaggio, come ad esempio i prodotti con forme complesse. A una determinata temperatura, il materiale plastico completamente fuso viene agitato da una vite, iniettato nella cavità dello stampo ad alta pressione, raffreddato e solidificato per ottenere il prodotto stampato. Questo metodo è adatto alla produzione di massa di componenti con forme complesse ed è uno dei metodi di lavorazione più importanti.
01
restringimento
I fattori che influenzano il ritiro dello stampaggio di materiali termoplastici sono i seguenti:
1) Tipi di plastica: Durante il processo di stampaggio delle materie plastiche termoplastiche, si verificano ancora variazioni di volume causate dalla cristallizzazione, forti tensioni interne, grandi tensioni residue congelate nelle parti in plastica, forte orientamento molecolare e altri fattori, quindi rispetto alle materie plastiche termoindurenti, il tasso di ritiro è maggiore, l'intervallo di ritiro è più ampio e la direzionalità è evidente. Inoltre, il ritiro dopo lo stampaggio, la ricottura o il condizionamento dell'umidità è generalmente maggiore di quello delle materie plastiche termoindurenti.
2) Le caratteristiche della parte in plastica. Quando il materiale fuso è a contatto con la superficie della cavità, lo strato esterno si raffredda immediatamente formando un guscio solido a bassa densità. A causa della scarsa conduttività termica della plastica, lo strato interno della parte in plastica si raffredda lentamente formando uno strato solido ad alta densità con un grande ritiro. Pertanto, lo spessore della parete, il raffreddamento lento e lo spessore dello strato ad alta densità si restringono maggiormente.
Inoltre, la presenza o l'assenza di inserti, nonché la loro disposizione e quantità, influenzano direttamente la direzione del flusso del materiale, la distribuzione della densità e la resistenza al ritiro. Pertanto, le caratteristiche dei componenti in plastica hanno un impatto maggiore sul ritiro e sulla direzionalità.
3) Fattori come la forma, le dimensioni e la distribuzione dell'ingresso di alimentazione influenzano direttamente la direzione del flusso del materiale, la distribuzione della densità, il mantenimento della pressione, l'effetto di contrazione e il tempo di stampaggio. Le porte di alimentazione dirette e quelle con sezioni trasversali ampie (soprattutto quelle con sezioni trasversali più spesse) presentano una minore contrazione ma una maggiore direzionalità, mentre le porte di alimentazione più corte, con larghezza e lunghezza ridotte, hanno una minore direzionalità. Quelle vicine all'ingresso di alimentazione o parallele alla direzione del flusso del materiale si contrarranno maggiormente.
4) Condizioni di stampaggio La temperatura dello stampo è elevata, il materiale fuso si raffredda lentamente, la densità è alta e il ritiro è notevole. In particolare, per i materiali cristallini, il ritiro è maggiore a causa dell'elevata cristallinità e delle grandi variazioni di volume. La distribuzione della temperatura dello stampo è inoltre correlata al raffreddamento interno ed esterno e all'uniformità di densità del pezzo in plastica, che influisce direttamente sulle dimensioni e sulla direzione del ritiro di ciascun pezzo.
Inoltre, anche la pressione e il tempo di mantenimento hanno un impatto maggiore sulla contrazione, e la contrazione è minore ma la direzionalità è maggiore quando la pressione è alta e il tempo è lungo. La pressione di iniezione è alta, la differenza di viscosità del fuso è piccola, lo sforzo di taglio interstrato è piccolo e il rimbalzo elastico dopo lo stampaggio è grande, quindi il ritiro può anche essere ridotto di una quantità appropriata. La temperatura del materiale è alta, il ritiro è grande, ma la direzionalità è piccola. Pertanto, la regolazione della temperatura dello stampo, della pressione, della velocità di iniezione e del tempo di raffreddamento durante lo stampaggio può anche modificare opportunamente il ritiro del pezzo in plastica.
Nella progettazione dello stampo, in base all'intervallo di ritiro delle varie materie plastiche, allo spessore e alla forma della parete della parte in plastica, alle dimensioni e alla distribuzione della forma di ingresso, si determina, in base all'esperienza, il tasso di ritiro di ciascuna parte della parte in plastica e quindi si calcola la dimensione della cavità.
Per componenti in plastica di alta precisione e quando è difficile determinare con precisione il tasso di ritiro, per la progettazione dello stampo si dovrebbero generalmente utilizzare i seguenti metodi:
Si consiglia di utilizzare un tasso di ritiro inferiore per il diametro esterno del componente in plastica e un tasso di ritiro maggiore per il diametro interno, in modo da lasciare margine per eventuali correzioni dopo la prova di stampaggio.
Gli stampi di prova determinano la forma, le dimensioni e le condizioni di stampaggio del sistema di colata.
Le parti in plastica da sottoporre a post-elaborazione vengono trattate per determinarne la variazione dimensionale (la misurazione deve essere effettuata 24 ore dopo lo stampaggio).
Correggere lo stampo in base al restringimento effettivo.
Riprovare con lo stampo e modificare opportunamente le condizioni di processo per variare leggermente il valore di ritiro in modo da soddisfare i requisiti del componente in plastica.
02
fluidità
1) La fluidità dei materiali termoplastici può essere generalmente analizzata a partire da una serie di indici quali il peso molecolare, l'indice di fusione, la lunghezza del flusso a spirale di Archimede, la viscosità apparente e il rapporto di flusso (lunghezza del processo/spessore della parete del pezzo in plastica).
Basso peso molecolare, ampia distribuzione del peso molecolare, scarsa regolarità della struttura molecolare, alto indice di fusione, lunga lunghezza del flusso a spirale, bassa viscosità apparente, alto rapporto di flusso, buona fluidità, le materie plastiche con lo stesso nome del prodotto devono controllare le loro istruzioni per determinare se la loro fluidità è applicabile Per lo stampaggio a iniezione.
In base ai requisiti di progettazione dello stampo, la fluidità delle materie plastiche comunemente utilizzate può essere suddivisa approssimativamente in tre categorie:
Buona fluidità PA, PE, PS, PP, CA, poli(4) metilpentene;
Resina polistirene a media fluidità (come ABS, AS), PMMA, POM, etere polifenilenico;
PC a bassa fluidità, PVC rigido, etere di polifenilene, polisulfone, poliarilsulfone, fluoroplastici.
2) La fluidità delle varie materie plastiche varia anche in base a diversi fattori di stampaggio. I principali fattori che la influenzano sono i seguenti:
① Una temperatura del materiale più elevata aumenta la fluidità, ma le diverse plastiche presentano differenze proprie, come ad esempio PS (specialmente quelle con elevata resistenza agli urti e valore MFR più elevato), PP, PA, PMMA, polistirene modificato (come ABS, AS), PC, CA e altre plastiche. La fluidità di queste ultime varia notevolmente con la temperatura. Per PE e POM, l'aumento o la diminuzione della temperatura ha scarso effetto sulla fluidità. Pertanto, nel primo caso è necessario regolare la temperatura durante lo stampaggio per controllare la fluidità.
②Quando la pressione dello stampaggio a iniezione aumenta, il materiale fuso è soggetto a un maggiore effetto di taglio e aumenta anche la fluidità; in particolare, PE e POM sono più sensibili, quindi la pressione di iniezione deve essere regolata per controllare la fluidità durante lo stampaggio.
③La forma, le dimensioni, la disposizione, il design del sistema di raffreddamento della struttura dello stampo, la resistenza al flusso del materiale fuso (come la finitura superficiale, lo spessore della sezione del canale, la forma della cavità, il sistema di scarico) e altri fattori influenzano direttamente la fluidità effettiva del materiale fuso all'interno della cavità. Se si accelera il flusso del materiale fuso abbassando la temperatura e aumentando la resistenza alla fluidità, quest'ultima diminuirà. In fase di progettazione dello stampo, è necessario selezionare una struttura adeguata in base alla fluidità della plastica utilizzata.
Durante lo stampaggio, è possibile controllare la temperatura del materiale, la temperatura dello stampo, la pressione di iniezione, la velocità di iniezione e altri fattori per regolare opportunamente le condizioni di riempimento in base alle esigenze di stampaggio.
03
Cristallinità
I materiali termoplastici possono essere suddivisi in plastiche cristalline e plastiche non cristalline (note anche come amorfe) a seconda della loro capacità di non cristallizzare durante la condensazione.
Il cosiddetto fenomeno di cristallizzazione si riferisce al fatto che quando la plastica passa dallo stato fuso allo stato condensato, le molecole si muovono indipendentemente e si trovano in uno stato completamente disordinato. Le molecole smettono di muoversi liberamente, si posizionano in una posizione leggermente fissa e tendono a formare un assetto molecolare regolare. Questo fenomeno.
I criteri di valutazione estetica di questi due tipi di plastica possono essere determinati dalla trasparenza delle parti in plastica a parete spessa. Generalmente, i materiali cristallini sono opachi o traslucidi (come il POM, ecc.), mentre i materiali amorfi sono trasparenti (come il PMMA, ecc.). Tuttavia, esistono delle eccezioni. Ad esempio, il poli(4)metilpentene è una plastica cristallina ma presenta un'elevata trasparenza, mentre l'ABS è un materiale amorfo ma non trasparente.
Nella progettazione degli stampi e nella scelta delle presse a iniezione, prestare attenzione ai seguenti requisiti e precauzioni per le materie plastiche cristalline:
Il calore necessario per portare il materiale alla temperatura di formatura richiede una grande quantità di calore e sono necessarie attrezzature con un'elevata capacità di plastificazione.
Durante il raffreddamento e la riconversione viene rilasciata una grande quantità di calore, quindi è necessario raffreddarlo a sufficienza.
La differenza di densità tra lo stato fuso e lo stato solido è elevata, il ritiro durante lo stampaggio è considerevole e si tende a formare porosità e a subire restringimenti.
Raffreddamento rapido, bassa cristallinità, piccolo ritiro ed elevata trasparenza. La cristallinità è correlata allo spessore della parete del componente in plastica: maggiore è lo spessore della parete, più lento è il raffreddamento, maggiore è la cristallinità, maggiore è il ritiro e migliori sono le proprietà fisiche. Pertanto, la temperatura dello stampo del materiale cristallino deve essere controllata secondo necessità.
L'anisotropia è significativa e la tensione interna è elevata. Le molecole che non cristallizzano dopo la sformatura tendono a continuare a cristallizzare, si trovano in uno stato di squilibrio energetico e sono soggette a deformazioni e incurvamenti.
L'intervallo di temperatura di cristallizzazione è ristretto ed è facile che il materiale non fuso venga iniettato nello stampo o che ostruisca l'orifizio di alimentazione.
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Materie plastiche termosensibili e materie plastiche facilmente idrolizzabili
1) La sensibilità al calore significa che alcune materie plastiche sono più sensibili al calore. Se riscaldate a lungo ad alta temperatura o se la sezione di apertura di alimentazione è troppo piccola, quando l'effetto di taglio è elevato, la temperatura del materiale aumenterà facilmente causando scolorimento, degradazione e decomposizione. Queste plastiche con queste caratteristiche sono chiamate plastiche termosensibili.
Ad esempio, PVC rigido, cloruro di polivinilidene, copolimero di acetato di vinile, POM, policlorotrifluoroetilene, ecc. Le plastiche termosensibili producono monomeri, gas, solidi e altri sottoprodotti durante la decomposizione. In particolare, alcuni gas di decomposizione hanno effetti irritanti, corrosivi o tossici sul corpo umano, sulle attrezzature e sugli stampi.
Pertanto, occorre prestare attenzione alla progettazione dello stampo, alla scelta della pressa a iniezione e al processo di stampaggio. Si dovrebbe utilizzare una pressa a iniezione a vite. La sezione del sistema di colata dovrebbe essere ampia. Lo stampo e il cilindro dovrebbero essere cromati. Aggiungere uno stabilizzante per ridurne la sensibilità termica.
2) Anche se alcune plastiche (come il PC) contengono una piccola quantità di acqua, si decompongono ad alte temperature e pressioni. Questa proprietà è chiamata idrolisi facile e richiede un previo riscaldamento e asciugatura.
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Cricche da stress e frattura da fusione
1) Alcune materie plastiche sono sensibili alle sollecitazioni. Sono soggette a tensioni interne durante lo stampaggio, risultano fragili e si rompono facilmente. I componenti in plastica si crepano sotto l'azione di forze esterne o solventi.
Per questo motivo, oltre ad aggiungere additivi alle materie prime per migliorarne la resistenza alle crepe, occorre prestare attenzione all'essiccazione delle materie prime e selezionare in modo appropriato le condizioni di stampaggio per ridurre le tensioni interne e aumentare la resistenza alle crepe. Inoltre, è opportuno scegliere una forma adeguata per i componenti in plastica ed evitare l'inserimento di inserti o altre soluzioni per minimizzare la concentrazione delle tensioni.
In fase di progettazione dello stampo, è necessario aumentare l'angolo di estrazione e selezionare un meccanismo di alimentazione e di espulsione adeguato. Durante lo stampaggio, è opportuno regolare la temperatura del materiale, la temperatura dello stampo, la pressione di iniezione e il tempo di raffreddamento, cercando di evitare l'estrazione quando il pezzo in plastica è troppo freddo e fragile. Dopo lo stampaggio, i pezzi in plastica devono essere sottoposti a un post-trattamento per migliorarne la resistenza alle crepe, eliminare le tensioni interne e impedire il contatto con solventi.
2) Quando un polimero fuso con una determinata velocità di flusso passa attraverso l'ugello a temperatura costante e la sua velocità di flusso supera un certo valore, sulla superficie del fuso si formano evidenti crepe laterali, dette fratture da fusione, che danneggiano l'aspetto e le proprietà fisiche del pezzo in plastica. Pertanto, quando si selezionano polimeri con elevata velocità di flusso, è necessario aumentare la sezione trasversale dell'ugello, del canale di alimentazione e dell'apertura di alimentazione per ridurre la velocità di iniezione e aumentare la temperatura del materiale.
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Prestazioni termiche e velocità di raffreddamento
1) Le diverse materie plastiche presentano proprietà termiche differenti, come il calore specifico, la conducibilità termica e la temperatura di distorsione termica. La plastificazione di materie plastiche con un elevato calore specifico richiede una grande quantità di calore e l'utilizzo di una pressa a iniezione con un'elevata capacità di plastificazione. Il tempo di raffreddamento delle materie plastiche con un'elevata temperatura di distorsione termica può essere ridotto, consentendo una sformatura anticipata, ma è necessario prevenire la deformazione da raffreddamento dopo la sformatura.
Le materie plastiche con bassa conducibilità termica hanno una velocità di raffreddamento lenta (come i polimeri ionici, ecc.), quindi devono essere raffreddate a sufficienza per migliorare l'effetto di raffreddamento dello stampo. Gli stampi a canale caldo sono adatti per materie plastiche con basso calore specifico e alta conducibilità termica. Le materie plastiche con elevato calore specifico, bassa conducibilità termica, bassa temperatura di deformazione termica e bassa velocità di raffreddamento non sono adatte allo stampaggio ad alta velocità. È necessario selezionare presse a iniezione appropriate e un sistema di raffreddamento dello stampo potenziato.
2) A seconda del tipo, delle caratteristiche e della forma dei componenti in plastica, è necessario mantenere una velocità di raffreddamento adeguata per le diverse materie plastiche. Pertanto, lo stampo deve essere dotato di sistemi di riscaldamento e raffreddamento in base alle esigenze di stampaggio per mantenere una determinata temperatura. Quando la temperatura del materiale aumenta, è necessario raffreddare lo stampo per evitare la deformazione del componente in plastica dopo l'estrazione, accorciare il ciclo di stampaggio e ridurre la cristallinità.
Quando il calore generato dagli scarti di plastica non è sufficiente a mantenere lo stampo a una determinata temperatura, è necessario dotarlo di un sistema di riscaldamento per controllare la velocità di raffreddamento, garantire la fluidità, migliorare le condizioni di riempimento o controllare il raffreddamento lento dei pezzi in plastica. Ciò previene il raffreddamento non uniforme all'interno e all'esterno dei pezzi in plastica a parete spessa e ne aumenta la cristallinità.
Per stampi con buona fluidità, ampia area di stampaggio e temperatura del materiale non uniforme, a seconda delle condizioni di stampaggio dei pezzi in plastica, a volte è necessario riscaldare o raffreddare alternativamente o localmente. A tal fine, lo stampo deve essere dotato di un apposito sistema di riscaldamento o raffreddamento.
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Igroscopicità
Poiché le materie plastiche contengono diversi additivi che ne determinano l'affinità per l'umidità, si possono suddividere in due categorie principali: quelle che assorbono l'umidità, quelle che la trattengono e quelle che non la assorbono. Il contenuto di acqua nel materiale deve essere mantenuto entro i limiti consentiti. In caso contrario, l'umidità si trasformerà in gas o si idrolizzerà ad alte temperature e pressioni, causando la formazione di schiuma nella resina, la diminuzione della fluidità e un deterioramento dell'aspetto e delle proprietà meccaniche.
Pertanto, le materie plastiche igroscopiche devono essere preriscaldate con metodi e specifiche di riscaldamento appropriati, come richiesto, per impedire il riassorbimento di umidità durante l'uso.
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Data di pubblicazione: 27 settembre 2021