Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Základy zpracování polymerů Průvodní jevy při vstřikování termoplastů.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Základy zpracování polymerů Průvodní jevy při vstřikování termoplastů."— Transkript prezentace:

1 Základy zpracování polymerů Průvodní jevy při vstřikování termoplastů

2 •K pochopení problematiky je nutné analyzovat děje, které se odehrávají v dutině vstřikovací formy.

3 Plnění dutiny formy

4 Mechanismus plnění dutiny formy •Plnění dutiny formy je děj komplikovaný, nestacionární a neizotermický. Polymery se chovají jako nenewtonské kapaliny. •Tavenina má při vstupu do dutiny teplotu přibližně mezi 180 o až 300 o C, •Teplota formy se udržuje asi na 30 o až 80 o C. •Při styku taveniny s formou se plast začne okamžitě rychle ochlazovat (kovová forma má vyšší tepelnou vodivost). •Pro taveniny je typická velmi vysoká viskozita, je nutné k jejich tváření vždy použít vnější tlak.

5 Mechanismus plnění dutiny formy •Jakmile se hmota dotkne stěny formy, ihned se ochladí a ztuhne a na stěně se vytvoří tenká vrstvička nepohyblivého plastu. Tato ztuhlá vrstva, vzhledem ke špatné vodivosti plastů, však tepelně izoluje vrstvy nacházející se pod ní a ty chladnou pomaleji. •Teplota hmoty se směrem k ose tedy zvětšuje a část hmoty ve středu dutiny je stále tekutá. Tato středová zóna s nízkou viskozitou se nazývá „plastické jádro“ a právě jím protékají další dávky hmoty při plnění formy.

6 Mechanismus plnění dutiny formy •Druhá dávka hmoty postupuje do dutiny tak, že před sebou tlačí první dávku nacházející se již ve formě, která se roztéká směrem ke stěnám, kde chladne a tuhne. Podobně se chová třetí a každá další dávka, a to tak dlouho, dokud se nezaplní celá dutina. •Postup plnění je znázorněn na obrázku, z nějž je také zřejmé, kde jsou nakonec uloženy jednotlivé dávky hmoty označené 1 až 8.

7 Mechanismus plnění dutiny formy •Tok taveniny je charakterizován přítomností smykových sil, které působí na makromolekuly plastu, které jsou základním strukturním útvarem u termoplastů. •Jestliže je plast v roztaveném stavu, zaujmou makromolekuly takový tvar, který je nejpravděpodobnější. A tímto tvarem je náhodně sbalené klubíčko. •Jsou-li tato klubíčka vystavena účinku smykových sil, více či méně se rozbalují a makromolekuly se uspořádávají do směru toku, který je totožný se směrem působících napětí. To je podstatou orientace makromolekul.

8 Mechanismus plnění dutiny formy •Orientací se makromolekuly dostávají do nerovnovážného stavu, a proto mají snahu se vrátit do tvaru klubíček. •K tomu však musí být dostatečně pohyblivé a musí mít k dispozici určitý čas. Pohyblivost závisí hlavně na teplotě. •Proces, kterým se ruší nebo alespoň snižuje orientace, se obecně nazývá relaxace nebo konkrétněji dezorientace. Dezorientace probíhá ve formě při současném ochlazování hmoty, takže v některých vrstvách nestačí proběhnout vůbec, v jiných jen zčásti.

9 Mechanismus plnění dutiny formy •Výsledný stupeň orientace ovlivňuje různé vlastnosti výstřiku. •Ve směru orientace má výstřik vyšší pevnost a vyšší modul pružnosti, ale také nižší tažnost a rázovou houževnatost než ve směru kolmém. •Výstřik vykazuje anizotropii nejen mechanických, ale i jiných vlastností. Setkáme se s ní např. u součinitele teplotní roztažnosti, tepelné vodivosti a smrštění. • Orientace je také zdrojem vnitřního pnutí.

10 Mechanismus plnění dutiny formy •Podmínky pro vznik orientované struktury nejsou ve všech místech výstřiku stejné, takže stupeň orientace se ve výstřiku mění jednak ve směru tloušťky stěny, jednak ve vzdálenosti od vtoku. •Tenká vrstvička plastu, která se vytvoří na stěně formy, „zamrzne“ dříve, než na ni začnou působit smyková napětí a zůstane neorientovaná. •Stupeň orientace v ostatních vrstvách závisí na velikosti smykového napětí v daném místě. Smyková napětí jsou největší ve vrstvě těsně sousedící se ztuhlou povrchovou vrstvou. Nacházejí se tedy v určité vzdálenosti pod povrchem výstřiku.

11 Mechanismus plnění dutiny formy •Úroveň orientace také závisí na vzdálenosti určitého místa od vtoku. •Tlak, který působí na taveninu ve formě totiž klesá od ústí vtoku směrem k čelu tekoucího plastu a na čele je roven tlaku atmosférickému. •Protože smyková napětí vyvolávající orientaci jsou úměrná tlaku, musí se měnit i stupeň orientace ve směru toku. •Se zvětšující se vzdáleností od vtoku se orientace snižuje. Vlastnosti jediného výstřiku se proto v různých místech liší a tato skutečnost se označuje jako nehomogenita vlastností.

12 Mechanismus plnění dutiny formy •Situace při vzniku orientované struktury není v praxi tak jednoduchá, jak bylo ukázáno na modelovém výstřiku jednoduchého tvaru. •Tavenina totiž před vstříknutím do tvarové dutiny formy protéká vtokovými kanály a již v nich dochází k orientaci makromolekul. •Stejně jsou makromolekuly orientovány při průtoku ústím vtoku, a to tím více, čím je jeho průřez menší.

13 Mechanismus plnění dutiny formy •Komplikovanější mechanismus předurčuje orientaci u výstřiků, kde tok probíhá současně ve dvou směrech, totiž ve směru podélném i příčném. Příkladem je plnění dutiny ve tvaru kotouče při vstřikování středovým vtokem. •Tomu odpovídá i charakter vytvořené orientace, která je dvousměrná. •Způsob plnění dutiny formy a charakter proudění závisí na tvaru výrobku a na řešení vtokového systému. •U členitého tvaru výrobku jsou poměry při proudění taveniny velmi složité, plnění formy je nestejnoměrné, a proto vznikají oblasti s různým směrem i různým stupněm orientace.

14 Mechanismus plnění dutiny formy •Výsledný stupeň orientace také závisí na technologických podmínkách vstřikování. •Teplota taveniny ovlivňuje viskozitu hmoty a čím je teplota vyšší, tím je hmota méně viskózní a tím je tekutější. •Při nízké teplotě má naopak vysokou viskozitu a při toku vstřikovací tlak vyvolává vysoká smyková napětí, která mají za následek vysoký stupeň orientace. •Nízká teplota taveniny také urychluje chladnutí hmoty a tím se zhoršují podmínky pro relaxaci. •Jestliže se zvyšuje vstřikovací tlak, zrychluje se plnění formy a tím se sice zvyšují smyková napětí v tavenině, ale na druhé straně hmota nestačí zchladnout tak jako při pomalém plnění kdy jsou podmínky pro relaxaci jsou příznivější.

15 Mechanismus plnění dutiny formy •Zvýšení rychlosti vstřikování má za následek větší vývin tepla třením a zvýšení teploty hmoty, čímž se účinek zvýšeného tlaku zmírňuje. •Vliv samotného vstřikovacího tlaku tedy není jednoznačný. Naproti tomu zvyšování dotlaku a prodlužování doby jeho trvání vedou k vyšší orientaci, zejména v oblastech blízko vtoku. •Vyšší teplota formy podporuje rychlejší plnění, zpomaluje ochlazování hmoty ve formě a napomáhá relaxaci. Zvyšováním teploty formy tedy orientace klesá.

16 Mechanismus plnění dutiny formy •Obsahuje-li hmota vláknité plnivo, jsou vlákna vlivem smykových sil rovněž orientována do směru toku taveniny. •Při kombinovaném, tj. dvousměrném, způsobu tečení jsou vlákna ukládána ve hmotě velice složitým způsobem, kdy se vytváří vícevrstvá struktura s různou přednostní orientací vláken. •V optimálním případě lze na průřezu výstřiku nalézt čtyři vrstvy. •Na povrchu je vrstva, v níž jsou vlákna uložena zcela chaoticky a nevykazuje tedy žádnou přednostní orientaci. Ve vrstvě pod ní jsou vlákna orientována ve směru toku, protože zde převládá podélné proudění.

17 Mechanismus plnění dutiny formy •Třetí, přechodová vrstva je opět bez přednostní orientace a uprostřed se nachází vrstva, ve které jsou vlákna orientována kolmo ke směru tečení. •Ve směru orientace vláken roste pevnost a modul pružnosti a klesá tažnost, v kolmém směru jsou poměry opačné. •Výstřiky s vláknitým plnivem zpravidla vykazují vysokou anizotropii vlastností. Vytvořenou orientaci vláken nelze relaxačním procesem ovlivnit.

18 Vnitřní pnutí •Vstřikování termoplastů je vždy provázeno vznikem vnitřního pnutí (různé typy pnutí). •Tomu nelze zabránit, pouze je možné řídit proces tak, aby nepříznivý vliv vnitřního pnutí na vlastnosti výstřiku byl co nejmenší. •Je-li výstřik namáhán vnější silou, sčítá se napětí vyvolané vnější silou s napětím, jehož příčinou jsou vnitřní pnutí. Pak může dojít k porušení výrobku při podstatně menším vnějším namáhání, než se očekávalo.

19 Vnitřní pnutí – orientační pnutí •Pnutí z orientace molekul, zkráceně označované jako orientační pnutí, je důsledkem orientace makromolekul. •Orientací se do molekul vnášejí napětí, která mají snahu vrátit napřímené a natažené molekuly do tvaru klubíček. •Jsou příčinou zejména samovolných deformací výstřiků při zvýšené teplotě.

20 Vnitřní pnutí – tepelná (ochlazovací) •Tato pnutí mají příčinu v teplotním gradientu, který provází každé ochlazování nebo ohřívání materiálu. V případě vstřikování termoplastů se jedná o ochlazování. •Teplotní gradient se vytváří napříč stěnou výrobku a jeho průběh závisí na rozdílu teplot taveniny a formy a na tloušťce ochlazované stěny. •Čím je rozdíl teplot taveniny a formy větší a čím je stěna tenčí, tím je teplotní gradient větší. •Důsledkem je nerovnoměrné ochlazování a nerovnoměrné smršťování jednotlivých vrstev výstřiku.

21 Vnitřní pnutí – tepelná (ochlazovací) •Povrch výstřiku chladne rychle a hmota zmenšuje svůj objem, ale smrštění nestačí nabýt rovnovážné hodnoty a zůstane menší. •Vnitřní vrstvy se ochlazují pomaleji a smrštění je pak větší. •Obě vrstvy na sebe působí, jedna brzdí změny, které by měly proběhnout ve druhé. •Ani smrštění ve vrstvách blízko středu stěny výstřiku však nedosáhne rovnovážné hodnoty, protože tomu brání ztuhlé povrchové vrstvy na povrchu. Po ztuhnutí a vyrovnání teplot v celém průřezu stěnou jsou v povrchových vrstvách výstřiku přítomna pnutí tlaková, uprostřed stěny tahová.

22 Vnitřní pnutí – tepelná (ochlazovací) •Čím je chladnutí výstřiku méně rovnoměrné, tím větší jsou tepelná pnutí. •Tak je tomu např. v rozích hranatých výstřiků nebo v ostrém ohybu stěny, protože na vnější straně je odvod tepla intenzivnější. •Výsledkem je, že na vnějších stěnách obsahuje výstřik pnutí tlaková, na vnitřním ohybu nebo na vnitřním rohu pnutí tahová. •Značně nebezpečná pnutí, a to tahová, vznikají kolem kovových trnů, které ve výstřiku vytvářejí otvor, nebo kolem kovových zálisků. Tato pnutí souvisí se smršťováním chladnoucího plastu.

23 Vnitřní pnutí – expanzní •Expanzní pnutí jsou specifickým jevem při zpracování termoplastů. Jejich příčinou je stlačitelnost tavenin polymeru. •Pnutí vznikají ve výstřiku tehdy, když dojde vlivem příliš vysokého vstřikovacího tlaku k přehuštění dutiny formy taveninou a když se výstřik v okamžiku otevírání formy nachází ještě pod tlakem. •Po vyjmutí výstřiku z formy vnitřní vrstvy, které ještě nejsou zcela tuhé, mají snahu se rozpínat, ale této expanzi brání ztuhlé vrstvy na povrchu. •Výsledkem jsou tahová pnutí na povrchu a tlaková pnutí v jádru stěny výstřiku.

24 Vnitřní pnutí – krystalizační •Tato pnutí se vyskytují u krystalických termoplastů. •Mají původ v rozdílných podmínkách krystalizace v jednotlivých vrstvách výstřiku, což souvisí opět s rozdílnou rychlostí ochlazování. •Vzniklé sférolity jsou největší ve středních vrstvách a směrem k povrchu se jejich velikost zmenšuje. Stejným způsobem se mění i smrštění. •Nehomogenita nadmolekulární struktury je příčinou vnitřních pnutí.

25 Vnitřní pnutí – deformační •Toto pnutí může být do výstřiku vneseno při vyhazování výstřiku z formy. •Výstřiky jsou většinou z formy vyhazovány mechanickým způsobem pomocí vyhazovacích kolíků. •V době, kdy je výstřik z formy vysunován, však ještě nemusí být dostatečně tuhý a navíc výstřik větší nebo menší silou lne k povrchu líce formy, takže vyhazovací kolíky výstřik deformují obvykle ohybem.

26 Vnitřní pnutí – deformační •Pokud tento průhyb leží v oblasti elastických deformací, ty vymizí, avšak pokud ve výrobku vznikly deformace plastické, zůstane výstřik trvale deformován. •Tyto deformace mohou být ve výrobku fixovány současně probíhajícím chladnutím. •Velikost deformačních pnutí závisí na tuhosti výstřiku v okamžiku jeho vyhazování z formy, tj. na teplotě, na jeho přilnavosti k formě a na řešení vyhazovacího systému.

27 Hodnocení vnitřních pnutí •Pro stav výstřiku jsou nejdůležitější vnitřní pnutí z orientace makromolekul a pnutí tepelná. •Objektivní stanovení velikosti vnitřních pnutí a vůbec metody jejich hodnocení jsou značně problematické. •Metoda by měla být dostatečně přesná, reprodukovatelná, rychlá a technicky dostupná, což bohužel žádná nesplňuje. •Proto se v praxi používají nepřímé metody, které hodnotí chování výstřiků za podmínek zkoušky v závislosti na jejich vnitřním stavu.

28 Hodnocení vnitřních pnutí •Poměrně rozšířená je zkouška v tenzoaktivním prostředí. Je to chemické prostředí, obvykle kapalina, která je schopna urychlit vznik napěťových trhlin na výrobku. •Čím větší vnitřní pnutí výstřik obsahuje, tím dříve se trhliny objeví. Podle doby potřebné k objevení prvních trhlin lze s určitou pravděpodobností i kvantitativně stanovit velikost vnitřních pnutí v daném místě výrobku. Účinek tenzoaktivní látky pro určitý druh plastu je zcela specifický. •Jiné metody hodnocení vnitřních pnutí jsou založeny na stanovení samovolné deformace výstřiku při zahřívání. Měří se buď velikost deformace nebo síla, která se při zahřátí ve zkoušeném tělese uvolní.

29 Hodnocení vnitřních pnutí •Tyto metody hodnotí především pnutí z orientace makromolekul. •Podobně je tomu u zkoušky využívající změny indexu lomu světla, které prochází zkoušeným tělesem. Pozorování se provádí v polarizovaném světle. Metoda je použitelná jen u průhledných plastů a poskytuje pouze kvalitativní výsledky. •U krystalických plastů byla navržena a vyzkoušena rentgenografická metoda, která se osvědčila u kovů. Bohužel výsledky u plastů nejsou přesvědčivé, což je způsobeno nedokonalostí krystalické mřížky polymerů.

30 Smrštění a dodatečné smrštění •Ochlazováním ze zpracovatelské teploty, tuhnutím a pokračujícím ochlazováním na teplotu okolí, tj. asi 20 o C, se objem plastu zmenšuje a hmota se smršťuje. •Změny objemu je možné posuzovat buď z hlediska výstřiku jako celku a měřítkem těchto totálních změn je hodnota smrštění, které udává, o kolik je rozměr výrobku menší než odpovídající rozměr formy, nebo se změny objemu týkají pouze určitého místa na výrobku a důsledkem tohoto lokálního smršťování je vznik propadlin nebo vnitřních dutin v daném místě výstřiku.

31 Výrobní smrštění •Jedná se o smrštění délkové, stanovuje se proměřováním rozměrů výstřiku a formy 24 – 48 hodin po výrobě dílu, kdy je výrobek umístěn ve standardním prostředí. •Na výrobní smrštění mají vliv následující faktory: •1. Druh plastu. Uplatňuje se především nadmolekulární struktura plastu. Amorfní termoplasty mají všeobecně menší smrštění než krystalické.

32 Výrobní smrštění •2. Tvar výrobku a tloušťka stěny. Vliv tloušťky stěny je zvlášť patrný u krystalických polymerů. Platí, že čím je stěna tlustší, tím výrobek chladne pomaleji a tím je stupeň krystalinity vyšší. Tomu odpovídá větší smrštění. •3. Umístění vtoku na výrobku, protože určuje charakter toku taveniny ve formě. Důsledkem orientace makromolekul je anizotropie smrštění. U neplněných plastů nebo u plastů s práškovým plnivem je smrštění ve směru toku taveniny větší než ve směru kolmém.

33 Výrobní smrštění •4. Technologické podmínky. Z nich mají na smrštění největší vliv vstřikovací tlak a výška a doba dotlaku. Zvýšení vstřikovacího tlaku a dotlaku a jeho prodloužení mají za následek zmenšení výrobního smrštění. Vliv teploty taveniny není jednoznačný. Pokud by se zvýšila jenom teplota a vnitřní vstřikovací tlak by byl konstantní, potom by zvýšení teploty taveniny mělo za následek zvětšení smrštění.

34 Dodatečné smrštění •Rozměry výstřiků po uplynutí 24 hodin ještě nejsou zcela stabilizované a pokračují změny jejich vnitřních stavů, jako je uvolňování vnitřních pnutí, dílčí dezorientace makromolekul nebo sekundární krystalizace u krystalických plastů, což se projevuje dodatečnými změnami rozměrů. •Ty se nazývají dodatečné smrštění. Změny rozměrů velmi závisí na teplotě, které je výstřik vystaven, a na době jejího působení. Čím je teplota vyšší, tím jsou makromolekuly pohyblivější a změny rychlejší. •Změny rozměrů spojené se změnou teploty jsou vratné.

35 Změny rozměrů výrobků při navlhání •U navlhavých plastů se musí počítat se změnami rozměrů, jež jsou spojeny s navlháním nebo vysýcháním. •Navlhání se projevuje zvětšováním rozměrů. Vysýchání jejich zmenšováním. Jedná se rovněž o vratné děje. Při zahřívání plastu nad teplotu 60 o C začíná převládat vysušování a při ohřevu nad 80 o C klesá obsah vody rychle k nule. •Změny rozměrů spojené s botnáním mohou mít nepříznivý vliv na funkčnost plastového výrobku.

36 Studené spoje •Vznikají v místech výstřiku, kde se při plnění dutiny formy spojují dva proudy taveniny. •Tak je tomu při výrobě výstřiků s otvorem, který je vytvářen pomocí kovového trnu ve formě nebo při vstřikování velkých výstřiků vícenásobným vtokovým kanálem, kdy je dutina formy současně plněna z několika ústí vtoku. •Trn rozdělí jeden postupující proud taveniny na dva, ty jej obtečou a za ním se opět spojí a vytvoří v daném místě studený spoj. •Kvalita spoje závisí na povrchové energii taveniny, která souvisí s její viskozitou a obě jsou funkcí teploty hmoty. Jestliže spoj není dokonalý, vykazuje výstřik v tomto místě horší mechanické vlastnosti, zejména pevnost v tahu nebo v ohybu a rázovou houževnatost.

37 Studené spoje •U plastů, jejichž taveniny mají vysokou viskozitu, může ve spoji za trnem dokonce vzniknout vrub, který je zárodkem příští trhliny, a to nejen při namáhání rázem, ale i při namáhání tahem nebo ohybem. •Velmi nebezpečné jsou studené spoje ve výrobcích z termoplastů vyztužených krátkými tvrdými vlákny, např. skleněnými. •V místě studeného spoje jsou téměř všechna vlákna orientována ve směru toku taveniny a důsledkem této orientace je výrazné snížení pevnosti ve směru kolmém na studený spoj.

38 Tokové čáry •Tokové čáry lze označit za estetickou vadu výstřiku. •Jsou představovány soustavou čar na povrchu výrobku, které sledují směr toku materiálu v dutině formy a od okolí se liší barevným odstínem, i když se jedná o jeden druh plastu. •Obvykle se vyskytují na výrobku jen blízko ústí vtoku. •Příčinou bývá nesprávně navržený a dimenzovaný vtokový systém formy. • Za určitých okolností, např. jsou-li vtokové kanály příliš dlouhé nebo příliš úzké, jsou tekoucí taveninou strhávány ze stěn kanálů částečky již zchladlé a ztuhlé hmoty a ve formě jsou pak účinkem smykových sil uspořádány ve směru toku. Tak se stávají viditelné i pouhým okem. Na mechanické vlastnosti výstřiku vliv nemají.

39 Nehomogenita nadmolekulární struktury •S tímto jevem se setkáváme u krystalických termoplastů. •Je důsledkem skutečnosti, že v různých vrstvách výstřiku existují různé podmínky pro průběh krystalizace. •Základním morfologickým útvarem u krystalických plastů je lamela, která se skládá z proužků, přičemž jeden proužek odpovídá jedné makromolekule. •Skládáním lamel se vytvářejí sférolity, které představují vyšší formu uspořádanosti. Ty by v ideálních podmínkách měly tvar koulí, ve skutečnosti se rostoucí sférolity ovlivňují navzájem a deformují se. V některých případech je lze pozorovat v polarizovaném světle i pouhým okem.

40 Mechanismus krystalizace •Probíhá-li krystalizace polymeru v kovové formě, jsou podmínky pro krystalizaci v povrchové vrstvě výstřiku krajně nepříznivé a tenká vrstvička na povrchu zůstává buď úplně amorfní anebo dosažený stupeň krystalinity je nízký. •Pod povrchovou vrstvičkou se ve výstřiku nacházejí drobné sférolity, protože se zde vytvořilo mnoho zárodků. I když je uspořádanost v těchto oblastech vyšší než ve vrstvě povrchové, stále nedosahuje rovnovážného stavu.

41 Mechanismus krystalizace •Tomu se přibližuje struktura uprostřed stěny, kde jsou pro krystalizaci relativně nejpříznivější podmínky. Je zde dost času na to, aby se vytvořily velké sférolity. Tomu odpovídá i vyšší stupeň krystalinity. •Protože velikost sférolitů a stupeň krystalinity přímo ovlivňují mechanické a fyzikální vlastnosti výstřiku, např. pevnost, modul pružnosti a hustotu, přispívá každá vrstva k výsledné vlastnosti výstřiku jiným způsobem, a protože jsou vrstvy pevně spojeny, je výsledkem určitá integrální hodnota dané vlastnosti.

42 Mechanismus krystalizace •Morfologicky odlišné krystalické vrstvy vznikají ve výstřiku postupně a mezi sebou se liší hustotou i velikostí smrštění. •Následkem těchto rozdílných smrštění vznikají vnitřní pnutí. To je soustředěno zejména v podpovrchových vrstvách, ve kterých má hmota nejdál k rovnovážnému stavu.

43 Primární a sekundární krystalizace •Krystalizace, která probíhá při tuhnutí kapalného polymeru, se nazývá primární. Je spojena se změnou skupenství. Krystalizace však může v omezené míře pokračovat ještě i v tuhém stavu. Ta se pak nazývá sekundární. Dodatečná krystalizace se týká oblastí, které při primární krystalizaci nedosáhly rovnovážného stavu. Z toho vyplývá velký význam teploty formy při vstřikování. Má-li forma vyšší teplotu, lze získat výstřik s vysokým průměrným stupněm krystalinity, který vyjadřuje podíl krystalické fáze ve hmotě v procentech. Rozdíl do 100 % odpovídá amorfní fázi.

44 Primární a sekundární krystalizace •U teplé formy jsou změny vyvolané dodatečnou krystalizací malé. Vyšší teplota formy tedy většinu vlastností výstřiku ovlivňuje kladně, má však za následek prodloužení vstřikovacího cyklu. •Při vstřikování do studené formy jsou podmínky pro krystalizaci horší, stupeň krystalinity je nižší a dodatečná krystalizace, a s tím související vyšší vnitřní pnutí, hrají větší úlohu. •Průběh krystalizace se dá urychlit přidáním nukleačních látek do polymeru. Tak lze dosáhnou toho, že v celém výstřiku vznikne jemná a rovnoměrná struktura s drobnými sférolity a s minimálním krystalizačním vnitřním pnutím. •Takový výstřik vykazuje všeobecně vyšší mechanické vlastnosti, zvláště pak houževnatost.

45 Vadný výrobek •Přestože technologové v závodech zabývajících se vstřikováním termoplastů jsou vybaveni potřebnými znalostmi o zpracování materiálu, technologických podmínkách a o vstřikovacím stroji a vstřikovací formě, vyskytne se v praxi určitý podíl vadných výrobků. •Jedna z příčin spočívá v tom, že u cyklických procesů není možné z objektivních důvodů zaručit v kterékoliv fázi procesu absolutně shodný průběh technologických parametrů, protože se mohou projevit náhodné rušivé vlivy. •Proto je nutné určit příčinu příslušné vady a znát způsob, jak ji odstranit.

46 Vadný výrobek •Samotný technologický proces ovšem nemusí být jedinou příčinou vadného výrobku. •Zdrojem vad může být již samotný zpracovávaný plast, nesprávná konstrukce výstřiku, např. nepřípustné rozdíly v tloušťce stěn, konstrukční nedostatky při řešení formy, např. nesprávně navržený vtokový nebo temperační systém nebo vstřikovací stroj, který není např. schopen zajistit optimální rychlost plnění dutiny formy. •Některé vady mohou být způsobeny až při dodatečné manipulaci s výrobkem. Příkladem je poškrábání jeho povrchu při dopravě nebo deformace nesprávným skladováním.

47 Pojem „vada“ výrobku Vada = každá odchylka, kterou se daný výrobek liší od schváleného standardu, specifikovaného výkresem, referenčním vzorkem nebo schválenými přejímacími podmínkami. Odchylka od příslušných norem, případně sjednaných technických podmínek, se může týkat tvaru, rozměrů, hmotnosti, vzhledu, vnitřního stavu výrobku nebo jeho mechanických a fyzikálních vlastností. Jejím důsledkem je změna užitných vlastností výrobku, v extrémním případě až ztráta jeho funkčnosti.

48 Rozdělení vad podle ČSN Tato norma rozděluje viditelné vady do čtyř skupin: •1. Všeobecně přijatelné vady, které nemají vliv na funkci a životnost výrobku. Př. nerovnoměrný nebo nedostatečný lesk. •2. Omezeně přijatelné vady, které neovlivňují použitelnost výrobku, pokud jejich povaha, velikost a množství nepřekročí dohodnutou míru. Jejich rozsah je dán dohodou mezi výrobcem a odběratelem. Př. studený spoj, stopy po vlhkosti, cizí vměstek.

49 Rozdělení vad podle ČSN •3. Opravitelné vady jsou takové odchylky od standardu, jejichž oprava vhodným způsobem je příslušnou formou dovolena nebo není výslovně zakázána. Lze ji odstranit, aniž by byla ovlivněna použitelnost výrobku. Způsob opravy musí být dohodnut předem mezi dodavatelem a odběratelem. Př. přetoky v dělící rovině.

50 Rozdělení vad podle ČSN •4. Nepřijatelné vady, které nelze opravou odstranit buď vůbec anebo pouze způsobem, který by ovlivnil použitelnost výrobku a který sjednané technické podmínky nepřipouštějí. Př. lze uvést deformace tvaru výrobku, přítomnost trhliny.

51 Rozdělení vad podle ČSN •Z praktického hlediska je užitečné dělení vad • na vady zjevné • vady skryté • závady při vlastním vstřikování

52 Zjevné vady Zjevné vady jsou takové, které lze zjistit prostým vizuálním pozorováním výrobku spolu se schváleným referenčním výrobkem nebo standardem. Dělí se do dvou skupin, a to na vady tvaru a vady povrchu.

53 Zjevné vady – vady tvaru Vady tvaru jsou: •1.nedostříknuté výrobky, •2.přetoky a otřepy, vznikající hlavně v dělící rovině formy, •3.propadliny a vtaženiny, vyskytující se u tlustostěnných výstřiků, případně zvrásnění nebo zvlnění povrchu, •4.zborcení tvaru a deformace výstřiku jako důsledek nerovnoměrného smršťování hmoty,

54 Zjevné vady – vady povrchu •5.změna barvy materiálu a vznik barevných pruhů, •6.nedostatečný lesk nebo rozdíly v lesku či dezénu, matné skvrny, •7.opalescence nebo povrchové zakalení, optická anizotropie, •8.stříbření, kterým se projevuje vlhkost nebo jiné těkavé látky ve hmotě, např. odpařený monomer, •9.jemně rýhovaný nebo pórovitý povrch, drsný povrch, •10.mikrotrhlinky na povrchu jako důsledek vnitřních pnutí, vyskytující se u amorfních plastů,

55 Zjevné vady – vady povrchu •11.tokové čáry nacházející se zejména v blízkosti vtoku, •12.rozvrstvování čili delaminace, •13.žloutnutí až hnědnutí materiálu světlých odstínů jako známka degradace hmoty, •14.místní spálení materiálu v důsledku komprese vzduchu v dutině formy, •15.tmavé až černé místně omezené body nebo skvrny, •16.kresba po volném proudu taveniny, meandrový tok.

56 Skryté vady Jsou vady, které sice není možné postihnout běžnou vizuální kontrolou, ale které ovlivňují vlastnosti výstřiků a zhoršují jejich kvalitu. Lze je zpravidla zjistit teprve pomocí vhodného zkušebního zařízení nebo laboratorními zkouškami, které mohou mít i destrukční charakter. Patří sem: •Nerovnoměrná orientace makromolekul, ke které dochází zejména v okolí ústí vtoku nebo v zúžených profilech výstřiku. Projevuje se nepřímo např. zvýšenou anizotropií mechanických a fyzikálních vlastností výrobku, jeho deformací a vnitřním pnutím.

57 Skryté vady •17.vnitřní pnutí, jež je důsledkem složitého tepelně- mechanického namáhání zpracovávaného plastu ve vstřikovacím procesu, •18.studené spoje, které u některých plastů způsobují znatelné zhoršení mechanických vlastností, •19.vakuové bubliny nazývané také „lunkry“ a vnitřní dutiny vyplněné vzduchem nebo jiným plynem, •20.uzavřený vzduch nebo plyn, které se dostaly během procesu do taveniny a při tuhnutí zůstanou uzavřeny mezi proudy tekoucí hmoty,

58 Skryté vady •21.zvýšená křehkost materiálu projevující se zejména citlivostí výrobku k rázovému namáhání. Je důsledkem nevhodných technologických podmínek, které mají přímý vliv na stupeň a rovnoměrnost orientace makromolekul, na vnitřní pnutí a na povrchové vady iniciující porušování materiálu.

59 Závady při vstřikování mající vztah k vadám výstřiků 22.potíže při vyhazování výstřiku z formy. Jejich příčinou může být kupříkladu, že se lepí na tvárník ve formě nebo že výstřiky místo v pohyblivé části zůstávají v její pevné části, tj. na vtokové straně, •23.deformace výstřiku při vyhazování z formy, •24.vytékání taveniny z trysky tavicí komory po jejím odsunutí od formy, •25.zatékání taveniny ve fázi vstřikování do prostoru mezi tryskou a sedlem formy, •26.hlavní vtokový kanál (vtokový kužel) se nedá vytáhnout z otvoru ve vtokové vložce, •27.stopy po vyhazovačích na výstřiku, •28.z trysky tavicí komory se po jejím odsunutí vytahuje vlákno, tzv. vlas.

60 Popis a charakteristika vad • Neúplný výstřik vznikne tak, že tavenina při vstřikování do tvarové dutiny formy ji zcela nevyplní a část dutiny zůstane prázdná. Zpravidla to bývá v největší vzdálenosti od ústí vtoku nebo v místě, kde se stékají dva proudy taveniny. Příčinou je nedostatečná zabíhavost zpracovávané hmoty, malá dávka taveniny, nesprávně navržený tvar výstřiku nebo nevhodné technologické podmínky ve vstřikovacím procesu.

61 Popis a charakteristika vad •Přetoky a otřepy se vytvářejí tak, že se tavenina dostane i mimo vlastní tvarovou dutinu do mezery mezi jednotlivými částmi formy, kde ztuhne v podobě tenké blány. Nejčastějším místem tvorby přetoků je dělící rovina formy nebo pohyblivé kolíky ve formě, např. opotřebované vyhazovací kolíky, případně příliš velké odvzdušňovací kanálky. Otřep se na výstřiku projevuje jako více či méně výrazně vytvořená filmová blána nepravidelného tvaru a velikosti, nepředepsaná výkresem výrobku. Jemné otřepy nemusí být na první pohled ani patrné. Jejich příčinou může být překročení dovolené šířky spár v pohyblivých částech formy, nedostatečná uzavírací síla stroje nebo příliš vysoká tekutost hmoty. Vznik otřepů může postupně vést k poškození těsnicích ploch ve formě.

62 Popis a charakteristika vad •Propadliny a vtaženiny jsou otevřené dutiny ve stěně výrobku vzniklé smršťováním hmoty při jejím tuhnutí. Postupují od povrchu směrem dovnitř. Vyskytují se v místech nahromadění hmoty, kde plast chladne pomaleji než v okolí, např. v místě žeber nebo v ústí kuželového vtoku. Příčinou je technologicky nevhodné rozdělení tlouštěk stěny výstřiku. Má-li povrchová dutina přibližně stejnou šířku a hloubku, nazývá se krátce kráter. Zvrásnění má většinou podobu mělkých a úzkých prohlubní, vyskytujících se ve skupinách a pásmech.

63 Popis a charakteristika vad •Zborcením tvaru a deformací výstřiku se rozumí změny tvaru a rozměrů výrobku proti výkresu. Mohou být způsobeny nevhodným režimem chladnutí hmoty ve formě nebo nesprávnou mechanickou operací, např. při vyhazování výstřiku z formy, anebo až dodatečně během skladování. Také vnitřní pnutí bývá příčinou deformace.

64 Popis a charakteristika vad •Změna barvy materiálu se na výstřiku projevuje jako pruhy s barevným odstínem odlišujícím se od schváleného standardu. Příčinou bývá nedostatečné promísení základního materiálu s barvivem nebo degradace určitých dílů hmoty, případně přísad nevhodnými podmínkami při plastikaci.

65 Popis a charakteristika vad •Rozdíly v lesku nebo matné skvrny charakterizují místa s rozdílnou kvalitou povrchu. Jednou z možných příčin je rozdílná orientace makromolekul, jež je důsledkem nestejných tokových poměrů v různých místech tvarové dutiny formy. Lesklá a matná místa se pak objevují zejména v okolí vtokového ústí nebo v místech změny průřezu stěn, např. v místě žeber. Jinou příčinou může být rozdílná kvalita líce dutiny formy anebo následné poškození povrchu odřením při nevhodném zacházení s výrobkem. Pokud odřené místo má podobu úzkých rýh, individuálně dobře patrných hovoří se o poškrábání povrchu.

66 Popis a charakteristika vad •Opalescence se vyskytuje u čirých až průsvitných plastů. Je způsobována přítomností velmi malých částic cizorodé látky ve hmotě, na nichž dochází k rozptylu dopadajícího světla a následnému mírnému zakalení hmoty. Intenzita rozptýleného světla závisí na vlnové délce, záření s kratší vlnovou délkou je rozptylováno více než s dlouhou. V důsledku opalescence získávají hmoty bledě modrý barevný odstín. Optická anizotropie se projevuje u čirých plastů zkreslováním obrazu, je-li pozorován přes plastovou desku. Příčinou je nehomogenita vnitřního stavu výstřiků, související např. s nestejným stupněm orientace makromolekul. Důsledkem toho je, že index lomu světla není ve všech místech hmoty nebo ve všech směrech stejně velký.

67 Popis a charakteristika vad •Stříbření se projevuje jako stříbřitě bílé nebo matně stříbřité, místně omezené pruhy na povrchu výstřiku. Často mívají vějířovitý tvar, tvořený soustavou paprsků vycházejících ze společného středu. Vada vznikne prasknutím vzduchové bublinky a následným rozstříknutím roztaveného plastu do směru proudící taveniny. Příčinou bublin bývají stopy po vlhkosti nebo jiných těkavých látkách, které se při teplotě vstřikování mění v plyn.

68 Popis a charakteristika vad •Jemně rýhovaný povrch, podobající se gramofonové desce, nebo pórovitý až drsný povrch, připomínající pomerančovou kůru, jsou zapříčiněny příliš velkým odporem v dutině formy ve fázi jejího plnění taveninou. Ta potom nevtéká do dutiny plynule, ale naopak jakoby pulsuje. Přitom se uplatňují jednak viskoelastické vlastnosti tavenin termoplastů, jednak reologické podmínky při toku taveniny do dutiny. Drsný a pórovitý povrch mívají různou podobu. Jsou-li nerovnosti povrchu přítomny víceméně pravidelně na celém povrchu výstřiku anebo alespoň na jeho větší části, nazývá se takový povrch zrnitý nebo krupicovitý. Jako pomerančový povrch se označuje povrch s nerovnostmi spíše větších a nerovnoměrných rozměrů, které jsou rozmístěny nepravidelně.

69 Popis a charakteristika vad •Trhlinky a mikrotrhlinky představují místa na výrobku, kde došlo k oddělení materiálu, takže se zde vytvořily dva povrchy. Podle charakteru se rozeznávají trhliny izolované, větvené a síť trhlin. Jedná se o rovné nebo křivé vlasové trhliny, které jsou někdy viditelné jen při šikmo dopadajícím světle. V kombinaci s vnějším namáháním se mohou změnit v makrotrhlinu, znamenající porušení celistvosti materiálu a znehodnocení výrobku. Často mají původ ve vnitřním pnutí, které je ve výstřicích vždy ve větší nebo menší míře přítomno. Vyskytují se zejména v okolí ústí vtoku, v místech přechodu z tenké do tlusté stěny, v rozích výstřiků a kolem otvorů, kde se projevuje vliv kovového trnu vytvářejícího otvor, který brání volnému smršťování hmoty.

70 Popis a charakteristika vad •Tokové čáry vytvářejí na povrchu výstřiku soustavu čar, které se oproti okolí liší jiným barevným odstínem, přestože se jedná o jeden druh plastu. Sledují směr a charakter toku taveniny do dutiny formy. Obvykle se vyskytují v okolí ústí vtoku. Příčinou bývají zchladlé nebo již ztuhlé částice vstřikovaného plastu, které byly ze stěn vtokových kanálů strženy a připlaveny do dutiny formy proudící taveninou.

71 Popis a charakteristika vad •Rozvrstvování čili delaminace se projevuje nedostatečnou soudržností jednotlivých vrstev materiálu a jejich oddělováním, zvláště při namáhání výlisku ohybovým napětím. Příčinou bývá přítomnost části materiálu s výrazně odlišnými tokovými vlastnostmi, něž má základní materiál, ať již se jedná o dva nemísitelné druhy plastů nebo o regenerovaný materiál anebo nevhodné podmínky při plnění dutiny formy taveninou.

72 Popis a charakteristika vad •Příčinou žloutnutí až hnědnutí zpracovávaného plastu je jeho nedostatečná tepelná stabilita při nastavených podmínkách zpracování a následná degradace materiálu nebo přítomných přísad. Ke změně barvy dochází především v tavicí komoře, ale může k ní dojít i při sušení hmoty v sušárně v důsledku oxidace plastu vzdušným kyslíkem. Příkladem je žloutnutí polyamidu během sušení, jestliže teplota sušení byla příliš vysoká nebo doba sušení dlouhá.

73 Popis a charakteristika vad •Místní spálení materiálu se na výlisku projeví jako černá skvrna nepravidelného tvaru. Nalézá se v místě, kde došlo ke stlačení vzduchu v dutině formy vstřikovanou roztavenou hmotou, přičemž vzduch neměl možnost z dutiny uniknout. Zpravidla to bývá v nejvzdálenějším místě od ústí vtoku, často je to v dělicí rovině formy nebo v místě styku dvou proudů taveniny. V místě černé skvrny dojde k zuhelnatění hmoty, protože komprese vzduchu se blíží adiabatickému ději. Teplota stlačeného vzduchu může dosáhnout až několika set stupňů Celsia.

74 Popis a charakteristika vad •Tmavé až černé body nebo skvrny na povrchu jsou vlastně vměstky, což jsou částice cizorodého materiálu s vlastnostmi odlišujícími se od základní hmoty. Nacházejí se na povrchu nebo i uvnitř stěny výstřiku. Může se jednat o přepálený, tj. zoxidovaný, materiál nebo o oxidy kovů (rez), prach apod. Vada je zřetelná hlavně na materiálech světlých odstínů.

75 Popis a charakteristika vad •Kresba po volném proudu taveniny neboli meandrový tok vzniká tehdy, když plnění dutiny formy taveninou neprobíhá postupně směrem od ústí vtoku, při němž tavenina plynule zaplňuje celý průřez dutiny až do jejího konce, ale když je hlavní proud taveniny vstříknut do dutiny velkou rychlostí, takže je nejdříve vržen až na konec dutiny a teprve pak dochází k normálnímu plnění. Hlavní proud se přitom odtrhne od stěn a dutinou se pohybuje jako víceméně volný paprsek. Spojení hlavního proudu s doplňující taveninou však nebývá dokonalé a vytváří se obdoba studených spojů, čímž se zhoršuje kvalita výstřiku. Na výstřiku se projeví vznikem švů. Tento jev se vyskytuje při velké rychlosti vstřikování nebo při ostrém přechodu ústí kuželového vtoku do hrany výstřiku, kde dochází k prudké změně charakteru toku taveniny.

76 Popis a charakteristika vad •Studený spoj vzniká v místě styku a následného spojení dvou nebo více proudů taveniny v dutině formy. Vypadá jako sotva postřehnutelný svar, může mít podobu rýhy se zaoblenými okraji nebo se projeví vznikem praskliny. Může se tedy jednat buď jen o vadu povrchovou, nebo procházející celou stěnou výstřiku. Je potencionálním zdrojem pro vznik a šíření trhlin, protože může představovat oblast s vysokou koncentrací vnitřních pnutí. Studený spoj se tvoří buď tehdy, když byl proud taveniny rozdělen překážkou v dutině nebo je-li tavenina vstřikována do dutiny formy více vtoky nebo v důsledku nevhodné geometrie tvaru výrobku. Kromě vlivu na mechanické vlastnosti představuje studený spoj i vadu vzhledovou a u transparentních plastů i optickou.

77 Popis a charakteristika vad •Vakuové bubliny, nazývané také staženiny anebo lunkry, jsou uzavřené duté prostory uvnitř výstřiku, které jsou původně vzduchoprázdné. Vznikají v místech s větší tloušťkou stěny, a to tak, že chladnoucí tavenina na stykové ploše s lícem formy ztuhne a vytvoří pevný obal, jakýsi krunýř, přičemž vnitřní partie hmoty chladnou pomaleji a zůstávají delší dobu v plastickém stavu. Během dalšího tuhnutí se smršťují směrem k vnějšímu pevnému plášti. Nakonec se ve středové rovině hmota rozestoupí a vytvoří dutinu. Dutiny jsou dobře viditelné u průhledných plastů, u neprůhledných jsou zjistitelné až po rozříznutí výlisku anebo pomocí ultrazvuku.

78 Popis a charakteristika vad •K uzavření vzduchu nebo plynných produktů uvolňujících se z roztaveného plastu dojde ve stěně výstřiku v místě, kde se setkává více proudů taveniny. Tam se dutina formy taveninou nezaplní a ve stěně zůstane díra. Vada bývá často provázena i zuhelnatěním materiálu a jeho zčernáním, což je důsledkem komprese vzduchu.

79 Popis a charakteristika vad •Závady, projevující se tím, že tavenina zatéká mezi čelo trysky a sedlo vtokové vložky, případně že se vtokový kužel nedá po otevření formy z vložky vytáhnout, jsou způsobovány konstrukčními nedostatky trysky a vložky. Vstřikovací tryska zajišťuje spojení dutiny tavicí komory s vtokovými kanály ve formě. Musí být navržena tak, aby dosedla zcela přesně do sedla vložky a tím utěsnila otvor ve vložce, a zabránila unikání taveniny. To je splněno tehdy, když: • - otvor v trysce i ve vtokové vložce jsou souosé, • - poloměr kulové plochy trysky je menší než poloměr křivosti sedla ve vložce, • - průměr otvoru v trysce je menší než průměr otvoru ve vtokové vložce.

80 Popis a charakteristika vad •Vnitřní pnutí je přítomno v každém reálném výstřiku. Vzniká složitými procesy při proudění taveniny do formy a následně probíhajícím chladnutím hmoty, případně za součinnosti dalších vlivů, např. při vyhazování výstřiku z formy. Všechny druhy pnutí se sčítají, takže výsledná napjatost ve výlisku je velmi složitá. Kritická místa jsou zejména v okolí ústí vtoku, v okolí otvorů, vrubů, zářezů, ale i v rozích hranatých výrobků, tj. obecně v místech, kde dochází ke koncentraci napětí.


Stáhnout ppt "Základy zpracování polymerů Průvodní jevy při vstřikování termoplastů."

Podobné prezentace


Reklamy Google