Det grunnleggende utstyret forsprøytestøpinger en sprøytestøpemaskin og en sprøytestøpeform. Figur 1-2 viser sprøytestøpeprosessen til en sprøytestøpemaskin av skruetype.
Sprøytestøpingsprinsipp
△Injeksjonsstøping prosessflyt
Prinsippet er at granulær eller pulverisert plast tilsettes sprøytestøpemaskinens tønne, varmes opp og smeltes, og deretter skyver det høye trykket og høye hastigheten til sprøytestøpemaskinskruen den smeltede plasten gjennom munnstykket på forenden av tønnen og sprøyter den raskt inn i det lukkede formhulrommet [Fig. 1-2(a)]. Smelten som fyller hulrommet avkjøles og størkner under trykk for å opprettholde formen gitt av hulrommet [Fig. 1-2(b)]. Deretter åpnes formen og produktet tas ut [Fig. 1-2(c)]. Under sprøytestøpeprosessen gjennomgår plast en rekke endringer, inkludert mykning, smelting, flyt, forming og størkning.
(Figur 1-2 Sprøytestøpingsprinsipp for injeksjonsmaskin av skruetype)
Mykgjøring og smelting:
Figur 1-4 viser tønne- og skruestrukturen til en sprøytestøpemaskin. Fordi en sirkulær varmeovn er installert på utsiden av fatet, smelter plasten når den beveger seg fremover under skruens rotasjon, og til slutt sprøytes det inn i formen gjennom munnstykket.
(L1-Fôringsdel; L2-Komprimeringsdel; L3-Måleseksjon; h1/h2-Kompresjonsforhold; D-Skruediameter)
Plast gjennomgår følgende endringer under støpefyllingsprosessen:
Før skruen roterer (L2), temperaturen og trykket til skruestangen er relativt lave på grunn av reduksjonen i smeltevolum forårsaket av at materialet kommer inn i formhulen (L1). Etter at skruen har rotert (L3), har plasttemperaturen nådd smeltetemperaturen og har blitt smeltet. For å sikre produktkvaliteten må plasten smeltes helt før den smeltes på nytt. På dette tidspunktet, hvis plasten allerede har gått inn i kompresjonsstadiet ved en viss grad av fusjon, vil dens avgassingseffekt bli sterkt påvirket.
Selv om mengden (L3) forblir den samme, på grunn av forskjellige skruespordybder h₀, vil plasten oppleve forskjellige grader av skjærvirkning under skrurotasjonsprosessen, og dermed vil graden av plastisering variere.
Oppsummert, under samme støpesyklus, vil graden og kvaliteten av plastsmelting bli påvirket av skruens gassinnhold og smeltekvalitet:
① Den effektive lengden på skruen er direkte proporsjonal (øker): L/D=22-25.
② Kompresjonsforholdet til skruen: h₁/h₂=2.0-3.0 (vanligvis 2,5).
③ Kompresjonsdelen av skruen er relativt proporsjonal: L₁/L₂=40%-60%.
Siden verdien er for stor vil også materialets oppholdstid øke, og skrurotasjonen vil kontinuerlig sende den smeltede plasten fremover. På dette tidspunktet vil plasten fortsette å strømme i formhulen under trykk, og deretter i én formingssyklus (uten ytre inngrep før skruen begynner å bevege seg fremover). Etter at skruen har rotert, vil den bevege seg fremover under påvirkning av mekanisk kraft, gradvis komprimere plasten og sprøyte den inn i formhulen. I øyeblikket før vil smelten bli utsatt for hurtig kompresjon (kalt øyeblikkelig kompresjon), som lett kan forårsake krystallisering og føre til defekter. Bruk av langsom injeksjon kan unngå krystallisering (fullstendig krystallisering, noe som gjør den helt amorf på grunn av rask avkjøling).
Strømme:
Når smelten injiseres inn i formhulrommet under høyt trykk og høy hastighet, vil to fenomener oppstå under injeksjonsprosessen. Den ene er at plasten i kontakt med formveggen i smeltet tilstand vil stivne og danne et tynt lag på grunn av den raske avkjølingen forårsaket av kontakt med formhulens overflate. Dette tynne laget kalles et frossent lag (eller kalt øyeblikkelig frosset lag), som vil føre til at temperaturen på selve den smeltede plasten reduseres (hovedsakelig på grunn av påvirkningen av tapet av latent krystalliseringsvarme). For eksempel, i polyetylen, kan den latente krystalliseringsvarmen som frigjøres under kjøleprosessen av smelten gjennom formveggen nå 50 grader eller høyere. Derfor, etter at smelten fyller hele formhulen og går tilbake til en presserende tilstand, vil temperaturen synke. Den andre er at en større del av den smeltede plasten vil fortsette å opprettholde strømningsretningen og gjennomgå omvendt strømning.
Som det fremgår av figur 1-5, når smelten er i kontakt med veggen i formhulrommet, vil den produsere et frossent lag, og en raskere strømningshastighet vil genereres i den sentrale delen vekk fra hulrommet. Plasten vil flyte lagvis i området mellom det frosne laget og hulveggen. Etter at plasten passerer gjennom i en slik tilstand og er avkjølt og formet til et produkt, vil lagdelingen fortsatt eksistere i det støpte produktet i en parallell retning og en vertikal retning, noe som resulterer i forskjeller i styrke og seighet til produktet, som vil eksistere under frigjørings- og formingsstadiene til det støpte produktet.
1 - Sprøytestøpemaskin; 2 - Injeksjonsform for harpiks (faktisk sammensatt av hovedløper og port);
3 - Mugg (inne i hulrommet); 4 - delen med en raskere strømningshastighet i midten;
5 - delen med svært langsom strømningshastighet langs hulromsveggen; 6 - Harpiksmolekyler som er orientert og strukket ut;
7 - Harpiksmolekyler som er viklet sammen.
Forming og herding:
Når smeltet plast injiseres, kommer den inn i formen gjennom en dyse, tar form og avkjøles og stivner til det ferdige produktet. Imidlertid er den faktiske tiden det tar for den smeltede plasten å fylle formen flere sekunder, noe som gjør det svært vanskelig å observere fyllingsprosessen.
Den amerikanske ingeniøren Stevenson brukte datasimulering for å skildre fyllingsprosessen til en bildør av polypropylen som støpes ved hjelp av en varmløperform med to porter, og beregnet injeksjonstiden (dvs. fylletiden), sveiselinjen og nødvendig klemkraft. Figur 1-6 illustrerer modellen hentet fra hans simulering. Strømnings- og fyllingstilstanden til smelten i figur 1-6 er ikke vesentlig forskjellig fra det som ble forestilt, og kan nøyaktig gjenspeile den faktiske fylleprosessen til en bildør.
Det finnes mange metoder for å simulere flyten av sprøytestøpeprosesser (som FAN-metoden, CAIM-simuleringssystem og Moldflow-simuleringssystem). Disse simuleringsmetodene brukes for tiden til å forutsi fyllingsprosessen av smeltet plast i en form, med sikte på mer rasjonell formdesign og valg av portplassering eller -type.
Etter at den smeltede plasten er formet, går den inn i størkningsprosessen. Hovedfenomenet som oppstår under størkning er krymping, som skjer samtidig på grunn av avkjøling og krystallisering. Figur 1-7 viser krympingen av tre typer polyetylen med ulik krystallinitet når temperaturen synker.
(a-PE med en relativ tetthet på 0,9645; b-PE med en relativ tetthet på 0,95; c-PE med en relativ tetthet på 0,918; d-Kjølehastighetskurver: C1, C2, C3-alle tre har samme kjølehastighet.)