Drukuj

Wtryskiwanie tworzyw konstrukcyjnych

Wtryskiwanie tworzyw konstrukcyjnych
Prezentujemy tekst dr inż. Dariusza Sykutery z Uniwersytetu Technologiczno - Przyrodniczego w Bydgoszczy i Marcina Hejnowskiego poświęcony warunkom wtryskiwania tworzyw konstrukcyjnych o dużym stopniu napełnienia.

Do specyficznych właściwości i zalet polimerowych tworzyw technicznych zaliczamy niską gęstość przy względnie wysokiej wytrzymałości na rozciąganie, sztywność, odporność na pełzanie oraz dobrą odporność cieplną. Te właściwości można poprawić poprzez dodanie włókien krótkich. Powoduje to jednak wzrost lepkości kompozytu. Stąd warto przedstawić wpływ warunków przetwarzania tworzyw wzmocnionych na efektywność procesu i cechy geometryczne uzyskanych wyprasek.

Do badań symulacyjnych wytypowano Ultramid A3W G10 (PA 6.6 zawierający 50 proc. masy włókien szklanych WS) oraz Ultradur B 4300 G10 (PBT zawierający 50 proc. WS). Określono wpływ wilgoci i lokalizacji przewężek, prędkości wtryskiwania i temperatury formy na cechy geometryczne wyprasek. Zmiany ciśnienia, temperatury, skurczu i deformacji analizowano z wykorzystaniem programu symulacyjnego Cadmould.

Polimerowe tworzywa konstrukcyjne stanowią alternatywę materiałową wobec wytworów wykonanych ze stopów metali lekkich. Największe oczekiwania można wiązać w tym zakresie z tworzywami ciekłokrystalicznymi, poliarylo ­ amidami, poliamidoimidami i innymi nowymi materiałami polimerowymi o właściwościach specjalnych.

Ich duża odporność cieplna, powyżej 250 st. C, oraz bardzo dobre właściwości mechaniczne stawiają je w grupie tworzyw konstrukcyjnych stosowanych w technice. Alternatywą dla wytworów metalowych, zwłaszcza wykonanych ze stopów aluminium, mogą być także tworzywa kompozytowe, wśród których ważne miejsce zajmują termoplasty wzmocnione włóknem krótkim.

Dodanie do tych materiałów napełniaczy włóknistych podwyższyło ich sztywność, twardość, odporność na pełzanie, wytrzymałość na zginanie i rozciąganie, odporność cieplną oraz odporność na działanie czynników atmosferycznych.

W przypadku poli(tereftalanu butylenowego) oraz poliamidów, zawartość włókien szklanych w osnowie polimerowej może wynosić do 50 proc. mas. Z uwagi na wzrost lepkości dynamicznej tworzyw napełnionych, przy konstruowaniu układów przepływowych form wtryskowych, zwłaszcza przy doborze kształtu i wymiarów przekrojów poprzecznych przewężek, należy uwzględniać właściwości reologiczne tych materiałów.

Równomierne wypełnienie gniazda i pokonanie oporów przepływu zależy nie tylko od konstrukcji formy wtryskowej, ale także od przyjętych warunków technologicznych procesu wtryskiwania, cech geometrycznych wyprasek oraz możliwości technicznych wtryskarki. W przypadku tworzyw o dużej lepkości, dynamika wypełniania gniazda wtryskowego pod odpowiednim ciśnieniem w fazie wtrysku odgrywa bardzo znaczącą rolę. W przypadku tworzyw częściowo krystalicznych, na procesy zachodzące podczas konstytuowania się ich właściwości w formie, istotne znaczenie ma rozkład temperatury w gnieździe formującym.

Symulacje przepływów w gnieździe formującym przeprowadzono za pomocą programu Cadmould. Program pozwala na zaawansowaną analizę zjawisk zachodzących w gnieździe formującym podczas wtryskiwania ciekłego tworzywa, przy uwzględnieniu nastaw poszczególnych faz procesu.

W pierwszym etapie wykonano model bryłowy wypraski, której cechy geometryczne odpowiadały typowej próbce badawczej do badań wytrzymałościowych. Do symulacji zastosowano układy przepływowe z kanałami gorącymi i przewężkami o przekroju poprzecznym końcowym i średnicy 2 mm.

Założono, że tworzywo zostanie doprowadzone z jednej, bądź z dwóch przeciwległych stron gniazda formującego oraz w układzie bezpośrednim z centralnie umieszczonym miejscem wtrysku w środku próbki.

Rys. 1. Przyjęte rozwiązania konstrukcyjne układu przepływowego: a) doprowadzenie tworzywa z jednej strony, b) jednoczesne doprowadzenie tworzywa z dwóch stron, c) wlew centralny

Wtryskiwanie tworzyw konstrukcyjnych o dużym stopniu napełnienia

Przyjęto, że wypraski zostaną wykonane z poli(tereftalanu butylenu) firmy Bayer o symbolu B 4300G10 (PBT+50 proc. WS) oraz z poliamidu 6.6 firmy Bayer o symbolu A3W G10 (PA 6.6+50 proc. WS). Do wykonania symulacji wykorzystano dane dotyczące warunków wtryskiwania tych tworzyw.

Wtryskiwanie tworzyw konstrukcyjnych o dużym stopniu napełnienia