Wtryskiwanie

Produkcja z tworzyw sztucznych na wtryskarkach składa się z kilku faz, które precyzyjnie określają jej przebieg. Dlatego też dzielimy je na dwie kategorie:

• Fazy mechaniczne: określają przebieg ruchów i obciążeń wtryskarki. Są to kolejno zamykanie formy, dojazd i odjazd agregatu wtryskowego, otwieranie i zamykanie formy oraz samo wypychanie wypraski. Dodatkowo zaliczamy do nich także wszelkie przerwy, które mają miejsce w trakcie produkcji danego detalu. Wówczas najczęściej mają miejsce dodatkowe czynności obsługi formy wtryskowej.
• Fazy technologiczne: określają zmiany stanu tworzywa w cylindrze wtryskarki i przebiegi zjawisk zachodzących już w samej formie. To one decydują o finalnym kształcie, a nawet właściwościach elementu. Kolejność faz technologicznych jest ściśle określona. Podsumowując warto dodać, że obecnie znanych jest niemal 30 odmian technologicznych procesów wtryskiwania tworzywa sztucznego.

Fazy technologiczne wtrysku

Najistotniejszy z punktu widzenia technologicznego opis procesów przejścia tworzywa sztucznego w konkretny detal

Faza wtrysku: gniazdo lub gniazda formy są wypełniane tworzywem sztucznym pod dużym ciśnieniem pozwalającym na pokonanie oporów fizycznych. Dodając do tego odpowiednio zaprogramowaną prędkość wtryskiwania otrzymujemy wypraskę o żądanym kształcie.

• Faza sprężania: w wyniku gwałtownego wzrostu ciśnienia w momencie całkowitego wypełnienia formy wtryskowej następuje dokładne odwzorowanie kształtu gniazda.
• Faza docisku: podczas chłodzenia tworzywa dochodzi do silnego skurczu objętościowego, który w opisywanej fazie kompensowany jest materiałem pozostałym w cylindrze wtryskarki.
• Faza chłodzenia: rozpoczyna się już w trakcie fazy docisku. Pozwala na ochłodzenie wypraski do temperatury umożliwiającej bezpieczne usunięcie jej z formy. W niektórych przypadkach konieczne jest zastosowanie dodatkowego chłodzenia, np. wodnego.
• Faza uplastyczniania: ślimak dozujący pobiera zadaną ilość granulatu, ogrzewa go i stapia, równocześnie przemieszczając go na czoło ślimaka. Gdy nastawiona droga dozowania zostaje osiągnięta wtryskarka jest gotowa do rozpoczęcia kolejnego cyklu pracy.

Tworzywa używane do formowania wtryskowego to wciąż najmłodsza, zupełnie odrębna i najbardziej dynamicznie rozwijająca się grupa materiałowa. Roczna produkcja tworzyw sztucznych już 10 lat temu była dwukrotnie wyższa niż produkcja stali. Produktem wyjściowym każdego tworzywa jest jego chemicznie czysta postać w postaci polimeru. Tworzywo, które faktycznie jest przetwarzane we wtryskarce to najczęściej połączenie polimeru i kilku innych dodatków:

TWORZYWO SZTUCZNE = polimer + dodatki modyfikujące + napełniacze

Co ciekawe polimery zbudowane są podobnie do organicznych materiałów naturalnych, takich jak drewno, czy wełna. Właściwości poszczególnych typów tworzyw i ich odmian różnią się od siebie w zależności od:

• składu chemicznego i budowy makrocząsteczek
• zastosowania stabilizatorów, środków zmiękczających
• dodatku napełniaczy w różnej postaci i różnych ilościach, np. włókien szklanych, mineralnych lub węglowych, kredy, grafitu, pigmentów, barwników
• dodatków środków utrudniających palność, antystatyków i innych.

Formownie wtryskowe – tworzywa termoplastyczne

Do produkcji elementów z tworzyw sztucznych najczęściej wykorzystuje się tworzywa termoplastyczne, których cechą charakterystyczną jest możliwość wielokrotnego przetwarzania. W zależności od rodzaju i budowy, tworzywa najczęściej w postaci granulatu są najpierw podgrzewane w cylindrze wtryskarki, mieszane z dodatkami, a następnie pod wysokim ciśnieniem sprężane i z zadaną prędkością przemieszczane w formie. Podczas chłodzenia w formie utrwala się bryła elementu lub wykształca się w niej struktura krystaliczna.

Tworzywa termoplastyczne dzielą się na trzy podstawowe grupy:

• o budowie amorficznej takie jak: polistyren (PS) oraz jego pochodne PMMA, CA, PPO, PVC, PC, PAA, PSU, PES, czy tworzywa fluorowe
• o strukturze częściowo krystalicznej takie jak: PL LD, PA, EVA, PP, PE, HD, POM, PPS, PER, PBT
• termoplastyczne: TPE, często mieszane z PP, np dla zwiększenia ich udarności

Polietylen (PE) uzyskiwany w procesie polimeryzacji etylenu pomimo, iż posiada bardzo prostą strukturę polimeru jest tworzywem najczęściej wykorzystywanym przy produkcji wtryskowej. Głównymi cechami polietylenu, które mają wpływ na jego gigantyczną popularność w przemyśle przetwórstwa tworzyw sztucznych są:

• niska cena
• znakomita izolacja elektryczna w szerokim zakresie częstotliwości
• duża odporność chemiczna
• wysoka wytrzymałość i elastyczność
• możliwa do uzyskania przezroczystość

Polietylen wyewoluował do dwóch najczęściej używanych form LDPE oraz HDPE. Dominacja polietylenu wynika z faktu, iż oferuje on najszerszą kombinację charakterystyk, m.in. płynięcia czy stabilności termicznej, które są pożądane w opisywanych procesach produkcyjnych.

Formowanie wtryskowe polietylenu najszerzej wykorzystuje się przy produkcji opakowań, zwłaszcza w farmacji oraz kosmetologii. Inne branże wykorzystujące ten polimer to m.in. budowlana, transportowa, elektryczna i rekreacyjna. Rozwój technologii ciągle poprawia funkcjonalność polietylenu, czyniąc go najbardziej wydajnym sposobem wykorzystania zasobów naturalnych. Dodatkowo dzięki nowoczesnym technologiom możliwe jest przetwarzanie raz zużytych opakowań oraz wykorzystanie odpadu produkcyjnego.

Działanie wtryskarki

Działanie wtryskarki polega na podgrzaniu tworzywa sztucznego w postaci granulowanej do temperatury topnienia, a następnie wtłoczeniu płynnego już tworzywa do formy pod bardzo dużym ciśnieniem. Forma nadaje ostateczny kształt wyrobu, a dzięki chłodzeniu surowiec zastyga i może zostać zdjęty z matrycy i wyjęty z wtryskarki.