Wtryskiwanie tworzyw ciekłokrystalicznych
Wtryskiwanie tworzyw ciekłokrystalicznych różni się od innych procesów wtryskiwania. Dlatego warto poznać te różnice.
Ciekłokrystaliczne tworzywa sztuczne (LCP) służą do produkcji cienkościennych wyprasek o nadzwyczajnych własnościach mechanicznych. Należy jednak pamiętać o kilku charakterystycznych elementach związanych z procesem wtryskiwania i z budową formy. Najważniejsze z nich to duże ścinanie wskutek szybkiego wtryskiwania oraz konieczność bardzo dobrego odpowietrzania formy.
Wśród tworzyw sztucznych tworzywa ciekłokrystaliczne (Liquid Crystal Polymers LCP) zajmują pozycję wyjątkową pod wieloma względami. Składają się z dużych cząsteczek, które również po stopieniu tworzywa pozostają krystalitami o kształcie pręcików. Wpływa to zarówno na własności materiału, jak i na jego przetwórstwo.
Jest tak, gdyż entalpia (zawartość ciepła) stopów LCP jest bardzo mała tym samym więc w razie przestoju stopu prawie natychmiast zachodzi krystalizacja. Płynność stopu LCP jest bardzo dobra i zwiększa się wraz ze wzrostem prędkości ścinania (temperatury). Z kolei duża prędkość wtrysku i ścinanie w formie powodują polepszenie własności mechanicznych. Warto też wiedzieć, że własności LCP są tym lepsze, im mniejsza jest grubość ścianki, ponieważ cząsteczki mogą wówczas osiągnąć lepszy stan uporządkowania. Z tego też powodu polimer ten szczególnie dobrze nadaje się do produkcji małych, cienkościennych i silnie użebrowanych elementów konstrukcyjnych.
Handlowe typy tworzyw ciekłokrystalicznych są wzmocnione włóknem szklanym lub wzmacniaczami mineralnymi. Wypraski z tego tworzywa charakteryzują się dużą wytrzymałością przy dobrej sprężystości i mogą być użytkowane w temperaturach dochodzących niemal do 300 st. C. Mają przy tym bardzo małą rozszerzalność cieplną i samoistnie nie podtrzymują palenia. Typowymi przykładami zastosowań są narażone na duże obciążenia mechaniczne i odporne termicznie elementy konstrukcyjne o filigranowej strukturze. Są one stosowane w przemyśle motoryzacyjnym, elektrotechnicznym i elektronicznym.
Do przetwórstwa tworzyw ciekłokrystalicznych stosunkowo najlepiej nadają się ślimaki trzystrefowe o długiej strefie zasilania, stopniu sprężania od 2,0 do 3,5 i stosunku L:D od 18:1 do 20:1. Z uwagi na wysoką temperaturę stopu 350 - 380 st. C należy w cylindrze uplastyczniającym i w dyszy maszyny stosować ceramiczne grzałki opaskowe o dużej mocy.
Do dokładnego regulowania temperatury niezbędne są precyzyjne regulatory z co najmniej czterema strefami regulacji - trzy strefy dla stref funkcyjnych cylindra uplastyczniającego i jedna dla dyszy. Ponadto konieczne jest regulowane chłodzenie strefy leja zasypowego.
Stopy LCP nie działają korodująco, ale z uwagi na zawartość włókna szklanego lub wzmacniaczy mineralnych powodują ścieranie. Trwałość cylindra i ślimaka można przedłużyć stosując specjalne gatunki stali i metody obróbki. Ta sama uwaga dotyczy zaworu zwrotnego. Ponieważ warunkiem powstawania jednolitej poduszki stopu, niezbędnej podczas docisku jest niezawodne działanie zaworu zwrotnego, dlatego też zawór ten należy regularnie kontrolować.
Granulaty LCP mają często granulat o wielkości zredukowanej do 2-3 mm, dzięki czemu można do przetwórstwa stosować ślimaki o małej średnicy, a tym samym o mniejszej głębokości zwojów. Granulat należy suszyć w suszarce z obiegiem suchego gorącego powietrza przez jedną – cztery godziny aż do uzyskania resztkowej zawartości wilgoci poniżej 0,01 proc. Ponieważ stop ma bardzo małą lepkość, to zaleca się przy rozruchu wtryskarki niewielkie ciśnienie wtrysku i bardzo wczesne załączanie docisku.
Przy przetwórstwie należy ustawić temperaturę cylindra o 30 st. C niższą od temperatury przetwórstwa i rozgrzewać cylinder przez 20 minut. Trzeba też podnieść temperatury do poziomu wymaganego podczas przetwórstwa oraz uplastyczniać przy niewielkim ciśnieniu spiętrzenia i małej liczbie obrotów ślimaka (prędkość obwodowa maks. 0,2 m/s). Prędkość wtrysku powinna być tak duża, by czas napełniania wynosił zaledwie 0,3 do 0,5 s, przy czym najczęściej wystarcza czas docisku około 1 s.
Specyficzne cechy tworzyw ciekłokrystalicznych należy uwzględniać już przy projektowaniu formy. W przypadku wlewu z zimnym kanałem zalecane jest stosowanie kanałów o średnicy 1,5 razy większej od grubości wypraski.
Wystarczające ogrzewanie wskutek ścinania podczas wtrysku zapewnia przewężka o grubości równej 0,5 do 0,7 grubości wypraski. Przy stosowaniu systemu gorących kanałów należy przewidzieć krótki fragment zimnego wlewu z łapaczem przechłodzonego korka, w przeciwnym razie zimne cząsteczki z przewężki dyszy gorącokanałowej mogłyby uszkadzać delikatne fragmenty gniazda, jak np. cienkie rdzenie boczne.
Ponadto ważne jest, aby podczas procesu napełniania stop nie zatrzymywał się, gdyż mogłoby to powodować miejscowe zakrzepnięcia czoła płynięcia, czego następstwem może być uszkodzenie formy lub niepełne napełnienie gniazda. Zarówno z tego powodu, jak i ze względu na dużą prędkość wtrysku należy zapewnić dobre odpowietrzanie formy. I wreszcie ważne jest poprawne termostatowanie i jednorodność termiczna powierzchni gniazd od 80 do 100 st. C, ponieważ w takich warunkach skurcz będzie bardzo mały.
Wykorzystano materiały firmy DuPont.