Hőre lágyulóAnyagok- Jellemzők és tulajdonságok, A hőre lágyuló anyagokat hőállóságuk és jellemzőik alapján két fő kategóriába sorolják: hőálló műanyagokra és általános-célú hőre lágyuló műanyagokra.
A műanyagok típusai és tulajdonságai:
△A műanyagok termodinamikai változásai
A hőálló-hőre lágyuló műanyagok magas hőmérsékleten fix-formájú műanyag alkatrészekké formázhatók, és lehűlés után is megtartják rögzített alakjukat. Ha újra felmelegítik, meglágyulhatnak és folyhatnak, és ismételt feldolgozás során újra rögzített-formájú műanyag alkatrészekké formálhatók - ez visszafordítható. Mivel a hőre lágyuló anyagok nem mennek át alapvető kémiai változásokon az öntési folyamat során, a selejt anyagok újrahasznosíthatók és újra felhasználhatók, úgynevezett "másodlagos anyag" vagy "újraőrlés".
A hőre lágyuló műanyagok az öntés során fizikai változásokon mennek keresztül, vagyis hevítés közben egyszerűen nem változtathatják meg eredeti állapotukat, de lehűlés után amorfok maradnak, és nem tudnak folyni. Ezért a hőre lágyuló anyagokat nem lehet többször felmelegíteni és újraformázni, így a hőre lágyuló anyagokból származó hulladék általában nem használható fel újra.
Ez a könyv elsősorban a "műanyagokat" tárgyalja, - kivéve a gumit, amely szintén hőre lágyuló anyag.
A műanyag fröccsöntési eljárásokkal összehasonlítva, bár a fröccsöntésnek számos egyedi képessége és előnye van, néhány eredendő hibája és hiányossága is van. A műanyag fröccsöntés főbb fröccsöntési jellemzőinek megértése előfeltétele és garanciája a megfelelő formatervezésnek és a fröccsöntött alkatrészek minőségi javításának.
(1) Zsugorodás
Függetlenül attól, hogy a műanyag alkatrészek meg tudják-e tartani a méretstabilitást normál hőmérsékleti viszonyok között, amikor a formaüregből öntik és szobahőmérsékletre hűtik, a méret valamivel kisebb lesz, mint az eredeti formaüreg. Ezt a jellemzőt zsugorodásnak nevezik, amely a fröccsöntési hőmérséklet szabályozásával kompenzálható.
Ezt a zsugorodást nemcsak magának a műanyagnak a hőtágulása és összehúzódása okozza, hanem a formázási folyamat különböző körülményei és a formatervezési tényezők is összefüggenek. A műanyag lehűtése után az alkatrész zsugorodási sebessége a formázási zsugorodás, amely csökkenthető vagy javítható a folyamatparaméterek beállításával vagy a formaüreg méretének kis változtatásával.
A műanyag alkatrészek a formázás után egy ideig másodlagos zsugorodáson mennek keresztül, más néven formázás utáni zsugorodás-azonos formázási feltételek megőrzése mellett:
① A műanyag alkatrészek zsugorodása nem egyenletes. Tekintettel arra, hogy a műanyagok termikus zsugorodási sebessége a fizikai és kémiai viszonyok függvényében változik a különböző belső részeken, a műanyag alkatrészek szobahőmérsékletre hűtés utáni zsugorodási sebessége változó méretű és nem teljesen egyenletes. Ezért a műanyag részek öntési méretpontosságát korlátozni kell, és a pontosságot megfelelően javítani kell a formatervezés révén.
② A műanyag alkatrészek utólagos-zsugorodása. Az öntési folyamat során a különféle belső feszültségek, kémiai reakciók és különböző külső erők hatására - elsősorban formázási nyomás - a műanyag alkatrész a maradó feszültséggel történő formázás után is megmarad. A fröccsöntés után a különféle maradó feszültséghatások miatt a műanyag alkatrész mérete a gyártás után is kismértékben változik. Általában a legtöbb fröccsöntött alkatrész a formázás után 10 órán belül stabilizálódik, és alapvetően 24 óra után stabilizálódik, de több mint 10 napba telik, amíg teljesen stabilizálódnak.Odafigyelés és megfelelő formázási intézkedések megtételeez a kulcsa a formázást követő-zsugorodás szabályozásának.
A műanyag alkatrészek formázás utáni végső méretének stabilizálása érdekében a formázás után néha hőkezelésre van szükség. A hőkezelés lehetővé teszi, hogy a hőre lágyuló műanyagot egy bizonyos hőmérsékleten tartsák, ami lágyulást okoz; az öntési zsugorodásra ható külső erők eltávolítása lehetővé teszi a megfelelő belső kompenzációt a formázás után, ami csökkentheti a fröccsöntött alkatrész méreteit magasabb formázási hőmérsékleten.
③ Műanyag alkatrészek irányított zsugorodása. Az öntési folyamat során a polimerek áramlási irány szerinti orientációs hatása anizotrópiához vezet a műanyag részben. Az alkatrész zsugorodása az anyagáramlás irányától függően óhatatlanul eltérő lesz: általában az anyagáramlás iránya mentén nagyobb a zsugorodás és nagyobb a szilárdság, míg az anyagáramlásra merőleges irányban kisebb a zsugorodás és kisebb a szilárdság. Ezzel egyidejűleg a műanyag rész különböző részein az adalékanyagok egyenetlen eloszlása és sűrűsége miatt a zsugorodás is egyenetlen, ami differenciális zsugorodást eredményez, és hajlamossá teszi a műanyag alkatrészt a vetemedésre, deformációra és egyenletes repedésre.
(2) Folyékonyság
Az öntési folyamat során a műanyag azon képességét, hogy bizonyos hőmérsékleten és nyomáson kitöltse a formaüreget, a műanyag folyékonyságának nevezzük. Ez egy egyedülálló átfogó műszaki mutató a fröccsöntéshez. A formázási időszakban ügyelni kell a formaüreg méreteire és a kapcsolódó paraméterekre. Ha az öntési nyomás túl nagy vagy túl kicsi, akkor a folyékonyság hatását is figyelembe kell venni.
A folyékonyság mérete jelentős összefüggést mutat a műanyagok molekulaszerkezetével. A lineáris molekulaszerkezetű vagy kisebb molekulatömegű műanyagok kevésbé akadályozzák a molekulaáramlást, ami nagyobb folyékonyságot eredményez. Ha töltőanyagot adunk a műanyagokhoz, a folyékonyság a magasabb töltőanyagtartalommal nő. A különféle tervezési tényezők és az öntési folyamat körülményeinek a műanyag folyékonyságára gyakorolt hatása a polimer vegyületek folyékonyságára is alkalmazható.
A műanyagok folyékonysága nem invariáns érték, a formatervezés ezt nagymértékben módosíthatja. Ha a műanyagok folyékonysága jó, az nem feltétlenül jelenti azt, hogy a fröccsöntési folyamat minden aspektusa sima és kielégítő. Ezzel szemben, ha a folyékonyság gyenge, javítható a fröccsöntési hőmérséklet vagy nyomás növelésével. Ha azonban túl nagy a folyékonyság, az könnyen okozhat hibákat, például villanást a műanyag alkatrészek gyártásánál. Ezért az öntési folyamat során a műanyagok használata során figyelembe kell venni a befolyásoló tényezők minden aspektusát, és átfogóan kell kiválasztani a megfelelő műanyagokat. Csak így lehet garantálni a minőséget, és megfelelően megválasztani a fröccsöntési folyamat paramétereit és a formatervezést, ami végső soron a minőség ellenőrzésének és javításának célját valósítja meg.
A hagyományos műanyagok folyékonysága szerint a formatervezési követelményekben a hőre lágyuló fröccsöntés folyékonysági osztályozása általában három kategóriába sorolható:
① Jó folyékonyságú műanyagok: például nylon, polietilén, polipropilén, polisztirol, akril, cellulóz-acetát-butirát és polioximetilén.
② Közepes folyékonyságú műanyagok: például módosított polisztirol, ABS, AS, poliformaldehid, vinil-klorid homopolimer és politetrafluor-etilén.
③ Gyenge folyékonyságú műanyagok: például polikarbonát, kemény polivinil-klorid, poliszulfon, poliimid, aromás poliészter és fluorműanyagok.
A fröccsöntött műanyagok folyékonyságát befolyásoló fő tényezők a következők:
① Műanyag hőmérséklet. Ha a műanyag hőmérséklete magas, a folyékonyság a különböző műanyagok hőmérsékletének megfelelően nő. Például a polisztirol, polipropilén, poliamid, polioximetilén, módosított polisztirol, cellulóz-acetát és ABS nagyon érzékeny hőmérsékletfüggő a folyékonyságtól; polivinil-klorid, poliformaldehid és polimetil-metakrilát esetében a hőmérséklet-változásoknak a folyékonyságra gyakorolt hatása viszonylag kicsi.
② Befecskendezési nyomás. A növekvő befecskendezési nyomás leküzdheti az olvadékáram által keltett ellenállást, és ennek megfelelően növelheti az olvadék töltési sebességét, ezáltal nagyobb folyékonyság alakul ki.
③ Formaszerkezet. Mint például a kapurendszer formája, a kapu helye és mérete, az üreg alakja, a kipufogórendszer, a forma hőmérséklete, a műanyag részek falvastagsága és a betétek jelenléte, a betétek száma és elhelyezkedése - ezek mind közvetlenül befolyásolják a tényleges töltési helyzetet a formaüregben, és jelentős hatással vannak a műanyag folyékonyságára.
(3) Hőérzékenység
Egyes műanyagok viszkozitása a hőmérséklettel változik az öntési folyamat során alacsonyabb hőmérsékleten, és a műanyagok viszonylag stabilak maradnak. Ha azonban a hőmérsékletet hosszabb ideig magasabb formázási hőmérsékleten tartják, vagy az áramlási járat keresztmetszete túl kicsi, vagy a nyírási sebesség túl nagy, a megnövekedett nyíróhatás miatt olyan jelenségek léphetnek fel, mint az elszíneződés, a lebomlás és a bomlás. Az ilyen jellemzőkkel rendelkező műanyagokat hőérzékeny műanyagoknak{3} nevezzük. Ilyen például a merev PVC, polivinil-klorid, poliformaldehid, polifluor-etilén és fluor-műanyag. A hőérzékeny műanyagok lebomlanak, és lebomlásuk során gázokat bocsátanak ki, amelyek korrodálják a formát és befolyásolják a műanyag alkatrészek megjelenését. Ráadásul fizikai és mechanikai tulajdonságaik is romlanak.
Amikor a hőérzékeny műanyagok hő hatására-bomlanak vagy lebomlanak a melegítés során, különböző bomlástermékek keletkeznek, amelyek egy része káros az emberi szervezetre. A formákat és a berendezéseket tisztán kell tartani. A szennyeződések helyi túlmelegedést és anyagromláshoz vezethetnek.
A szerek és adalékok megakadályozhatják a további bomlást. Például, ha hőstabilizátorokat adnak a merev PVC-hez, javíthatja annak lebontó hatását.
Ha hőérzékeny műanyagokat olyan körülmények között formálnak, ahol a munka túlmelegszik vagy bomlás lép fel, bizonyos intézkedéseket kell tenni a formatervezés során. Hőstabilizátorok adhatók az anyagokhoz, vagy megfelelő berendezések (csavaros- típusú injekciós gépek) használhatók. Szigorúan ellenőrizni kell az öntési hőmérsékletet, a hordó hőmérsékletét, a melegítési időt, a csavar forgási sebességét és a nyomást; és olyan intézkedéseket kell tenni, mint például az anyagvisszatartás, valamint a berendezések és a penészgombák szennyeződésének megakadályozása.
(4) Nedvességérzékenység
A műanyagok nedvességérzékenysége a magas hőmérsékleten és nagy nyomáson történő nedvességbomlásra való érzékenységre utal, mint például a polikarbonátra, amely egy tipikus nedvességre{0}}érzékeny műanyag. Még ha kis mennyiségű nedvességet is tartalmaz, magas hőmérsékleten és nagy nyomáson lebomlik. Ezért a nedvességre{3}}érzékeny műanyagok nedvességtartalmát a formázás előtt szigorúan ellenőrizni kell, és szárítási kezelést kell végezni.
(5) Higroszkóposság
A higroszkóposság a műanyagok nedvességgel szembeni affinitását jelenti. Ez alapján a műanyagok nagyjából két kategóriába sorolhatók: az egyik a vízelnyelő vagy tapadó tulajdonságú műanyagok, mint például a poliamid, polikarbonát, poliészter, ABS stb.; a másik olyan műanyag, amely nem szívja fel a vizet és nem tapad a nedvességhez, mint például a polisztirol, a polipropilén és a polietilén.
A vízfelvevő hajlamú műanyagoknál, ha a formázás előtti nedvességtartalom nem távolítható el, és egy bizonyos határt meghalad, akkor az öntési folyamat során a nedvesség gázsá válik, és a műanyag lebomlik, ami csökkenti a fröccsöntött műanyag folyóképességét, az öntési nehézségeket, valamint a műanyag részek felületi minőségének és mechanikai tulajdonságainak romlását. Ezért a fröccsöntés zökkenőmentes lefolytatása és minősége érdekében a nagy higroszkópos és nedvességgel tapadó műanyagok esetében a nedvességet el kell távolítani a formázási és szárítási kezelés előtt. Figyelmet kell fordítani a henger hőmérsékletének és a fröccsöntő gép külső fűtésének megfelelő beállítására is.
(6) Kompatibilitás
A kompatibilitás két vagy több különböző típusú műanyag azon képességére utal, hogy olvadt állapotban nem megy keresztül fázisszétváláson.
Ha kétféle műanyag nem kompatibilis, az olvasztási és formázási folyamat során fázisválás következik be, ami leválást, leválást és felületi hibákat eredményez. A műanyagok összeférhetetlensége molekuláris szerkezetükkel függ össze. Az egymással hasonló vagy könnyen kompatibilis molekulaszerkezetek kompatibilisek, mint például a nagy-nyomású polietilén és az alacsony-nyomású polietilén, egymással kevert polipropilén; az eltérő molekulaszerkezeteket nehéz összeegyeztetni, például a polietilén és polisztirol keverékét. A műanyagok összeférhetőségét keverhetőségnek is szokták nevezni. A műanyagok ezen jellemzőjének megértése segíthet meghatározni a hasonló vagy szokásos nyersanyagok kompatibilitását, ami a műanyag teljesítményének javításának egyik fontos módja.