Процес на шприцване на пластмасови бутилки

Процес на шприцване: основната технология на термопластичното формоване

Процесът на шприцване е ефикасна технология за формоване, която преработва термопластични материали в различни продукти чрез матрици. С предимствата на висока автоматизация, бърза производствена ефективност и висока точност на продукта, той се е превърнал в един от най-широко използваните процеси в съвременната обработка на пластмаси. От ежедневни пластмасови прибори за хранене и калъфи за телефони до прецизни автомобилни части и медицински изделия, технологията за шприцване, със своята силна адаптивност и гъвкавост, поддържа производството на продукти в много индустрии и заема незаменимо място в материалознанието и промишленото производство.

1. Принципи на процеса и основни елементи

Основният принцип на процеса на шприцване е цикличният процес на топене, образуващо втвърдяване: твърдите пластмасови частици се нагряват и стопяват в динамична стопилка, която се инжектира в затворена кухина на формата под налягане. След охлаждане и втвърдяване в кухината, стопилката образува продукт, който е в съответствие с формата на кухината на формата. Този процес трябва да се постигне чрез синергичния ефект на трите основни елемента: суровини, оборудване за шприцване и форми.

Изисквания за характеристиките на суровините

Процесът на шприцване има специфични изисквания към характеристиките на суровините (термопласти), което пряко влияе върху качеството и ефективността на формоването. Скоростта на разтичане на стопилката (МФР) е ключов показател, който отразява течливостта на пластмасовата стопилка. Прекомерната МФР може да доведе до голямо свиване и нестабилен размер на продукта; ако е твърде ниска, течливостта ще бъде лоша и могат да възникнат проблеми като недостиг на материал и недостатъчно пълнене. Необходимо е да се избере подходяща МФР пластмаса според сложността на продукта, като например избор на ПП и ABS с висока течливост за прецизни части и компютър и Пенсилвания с висока якост за структурни части.

Термичната стабилност на пластмасите е също толкова важна. Те трябва да могат да издържат на температурата на нагряване на материала на цевта (обикновено 150-350 ℃) без разграждане, в противен случай това ще доведе до обезцветяване и намаляване на механичните свойства на продукта. Следователно, преди обработка е необходимо да се потвърди температурата на термично разлагане на пластмасата. Например, ПВЦ трябва да се добави с термостабилизатор, за да се предотврати разлагането. Освен това, степента на свиване на пластмасата (пропорцията на свиване при охлаждане след формоване) трябва да бъде съобразена с дизайна на матрицата. Различните пластмаси имат значителни разлики в степента на свиване (като например степен на свиване на Специалист по икономически въпроси от 1,5% -3%, степен на свиване на компютър от 0,5% -0,7%) и матрицата трябва да запази допустимо свиване, за да се гарантира точността на размерите на продукта.

Често срещаните пластмаси, формовани чрез шприцване, включват общи пластмаси (ПП, Специалист по икономически въпроси, ABS, П.С.), инженерни пластмаси (компютър, Пенсилвания, ПОМ, ПБТ) и специални пластмаси (PEEK, ПИ), които са подходящи за сценарии с различни изисквания за якост, температурна устойчивост и химическа устойчивост.

Състав на оборудването за шприцване

Машината за шприцване е основното оборудване в процеса на шприцване, състоящо се от четири части: система за шприцване, система за затягане на матрицата, хидравлична трансмисионна система и електрическа система за управление. Системата за шприцване е отговорна за топенето и шприцването на пластмаса и включва бункер, цилиндър, шнек, дюза: бункерът съхранява пластмасови частици, които попадат в цилиндъра под въздействието на гравитацията; нагревателен пръстен се увива около външната страна на цилиндъра с материал, за да нагрее пластмасата до разтопено състояние; шнекът извършва транспортирането, уплътняването и пластифицирането (смесване на стопилката) на пластмасата чрез въртене и аксиално движение, а пластифицираната стопилка се инжектира във матрицата през дюза.

Системата за затягане на матрицата осъществява отварянето, затварянето и заключването ѝ, състояща се от неподвижен шаблон, подвижен шаблон, дърпаща щанга и затягащ цилиндър. Силата на затягане трябва да съответства на налягането на инжектиране и проектираната площ на продукта, за да се предотврати разтягането на матрицата и образуването на разкъсвания по време на инжектиране. Формулата за изчисляване на силата на затягане е: сила на затягане (кН) = проектирана площ на продукта (см²) x налягане на инжектиране (МПа) x коефициент на безопасност (1,2-1,5).

Хидравличната трансмисионна система осигурява захранване за шприцване и затваряне на матрицата, контролирайки скоростта и налягането на движението на всеки компонент; Електрическата система за управление (ПЛК + сензорен екран) контролира точно параметрите на процеса (температура, налягане, време), за да се постигне автоматизирано производство. Висококачествените машини за шприцване са оборудвани и със серво мотори, с икономия на енергия над 30%.

Ключови моменти от дизайна на матрицата

Формата е ключът към определянето на формата и качеството на продукта, състояща се от кухина, сърцевина, система за изливане, система за охлаждане и система за изхвърляне. Външните и вътрешните повърхности на продукта, образувани от кухината и сърцевината, са изработени предимно от формовъчна стомана (като P20, 718H), която трябва да бъде закалена и полирана, за да се осигури гладкост на повърхността и износоустойчивост.

Системата за изливане въвежда разтопения материал от дюзата в кухината на формата, включително главния канал, отклоняващия канал и литока: главният канал свързва дюзата и отклоняващия канал и трябва да бъде проектиран с конусност (2°-5°) за лесно изваждане от формата; отклоняващият канал разпределя стопилката към множество кухини; литокът е последният канал за навлизане на стопилката в кухината на формата, с малък размер (обикновено 0,5-2 мм), което е удобно за рязане на стопилката и отделяне на продукта. Често срещани видове литоци включват странични литоци, точкови литоци и скрити литоци, които трябва да се избират според формата на продукта.

Охлаждащата система отвежда топлината на стопилката чрез циркулираща вода, ускорявайки втвърдяването на продукта. Каналът за охлаждаща вода трябва да е близо до повърхността на кухината на формата (на 15-25 мм), за да се осигури равномерно охлаждане. Времето за охлаждане представлява 50% -70% от цикъла на формоване, което пряко влияе върху ефективността на производството. Ежекторната система (ежекторен щифт, горна плоча, ежекторна тръба) избутва продукта от формата след охлаждане, за да се избегне деформация или надраскване.

2. Процесен процес и ключови параметри

Процесът на шприцване е непрекъснат цикъл и контролът на параметрите на всяко звено пряко влияе върху качеството на продукта. Целият процес включва три етапа: подготовка на суровината, шприцване и последваща обработка.

Етап на подготовка на суровините

Суровините трябва да преминат през предварителна обработка и сушене: предварителната обработка включва пресяване (отстраняване на примеси) и смесване (добавяне на цветен мастербач и добавки в пропорция), за да се осигури еднородност на суровините; сушенето е насочено към хигроскопични пластмаси (като Пенсилвания, компютър, ПБТ), които са склонни да абсорбират влага от въздуха и могат да причинят дефекти като мехурчета и сребърни проводници при разтопяване. Необходимо е да се използва сушилня (сушене с горещ въздух или сушене с влагоабсорбатор), за да се намали съдържанието на влага до под 0,02% -0,05%. Параметрите на сушене варират в зависимост от пластмасата (например температура на сушене на компютър от 120 ℃ за 4-6 часа; температура на сушене на PA6 е 80-90 ℃ за 4 часа).

Етап на шприцване

Това е ядрото на процеса, който се състои от пет стъпки: пластификация, инжектиране, задържане на налягане, охлаждане и отваряне и изхвърляне на матрицата. Пластификация: Въртенето на шнека транспортира пластмасовите частици напред и ги разтопява под въздействието на нагряване на цилиндъра и срязване на шнека, образувайки равномерна стопилка. Качеството на пластификацията зависи от температурата на цилиндъра, скоростта на шнека и обратното налягане (противоналягане по време на въртене на шнека). Ако обратното налягане е твърде високо, то ще удължи времето за пластификация, а ако е твърде ниско, ще доведе до неравномерна пластификация.

Впръскване: Шнекът се движи бързо напред, за да впръска стопилката в кухината на формата под високо налягане и скорост. Налягането на впръскване обикновено е 50-150 МПа, а скоростта е 30-150 мм/s. Необходимо е да се регулира според дебелината и сложността на продукта: тънкостенните продукти изискват високо налягане и висока скорост (за да се намали охлаждането на стопилката), а дебелостенните продукти изискват ниско налягане и ниска скорост (за да се предотврати преливане).

Задържане под налягане: След като стопилката запълни кухината на формата, шнекът поддържа определено налягане, за да допълни материала в кухината, компенсирайки свиването на стопилката при охлаждане. Задържането под налягане обикновено е 60% -80% от налягането на инжектиране, а времето на задържане се определя в зависимост от дебелината на продукта (дебелостенните продукти изискват удължено време на задържане). Недостатъчното задържане може да доведе до вдлъбване на продукта и по-малък размер.

Охлаждане: След завършване на задържането под налягане, системата за охлаждане на матрицата работи за намаляване на температурата на продукта под температурата на термична деформация, което му позволява да се втвърди и оформи. Формулата за изчисляване на времето за охлаждане е: време за охлаждане (s) = (максимална дебелина на стената на продукта (мм))² × коефициент на материала, като различните коефициенти на пластичност са различни (като например коефициент на Специалист по икономически въпроси 0,8, коефициент на компютър 1,2).

Отваряне и изхвърляне на матрицата: След завършване на охлаждането, системата за затваряне на матрицата задвижва движещия се шаблон, за да се отдръпне и да отвори матрицата. Системата за изхвърляне изхвърля продукта от матрицата с бавна и равномерна скорост, за да се предотврати деформация или побеляване на продукта.

Етап на последваща обработка

Някои продукти изискват последваща обработка, за да се подобрят производителността: премахване на излишния материал от леяка и разделителната повърхност чрез премахване на мустаци; отгряване (като например задържане на компютър продукти в пещ при 120 ℃ за 2 часа) елиминира вътрешното напрежение и предотвратява напукване на продукта; повърхностна обработка (боядисване чрез пръскане, галванопластика, ситопечат) подобрява външния вид и функционалността; За продукти с хранителен клас са необходими почистване и дезинфекция за отстраняване на маслени петна и замърсявания.

3. Контрол на качеството и често срещани проблеми

Качеството на шприцваните продукти трябва да се контролира от три аспекта: външен вид, размер и механични свойства. Често срещаните дефекти трябва да се отстраняват чрез оптимизиране на параметрите по време на производството.

Показатели за проверка на качеството

Изискванията за качество на външния вид включват липса на дефекти като грапавини, липсващи материали, мехурчета, сребърни жички, следи от свиване, драскотини и др., което може да се постигне чрез визуална или автоматизирана визуална проверка (с точност до 0,01 мм); Точността на размерите трябва да съответства на допустимото отклонение на чертежа (например ± 0,1 мм), а ключовите размери трябва да се измерват с помощта на координатен измервателен инструмент или шублер; Механичните свойства (якост на опън, ударна якост) трябва да отговарят на изискванията за употреба, а стандартите за производителност се осигуряват чрез вземане на проби и изпитване на суровини и готови продукти.

Често срещани дефекти и решения

Дефектите в производството често са причинени от параметри или проблеми с матрицата и могат да бъдат коригирани съответно: изкривяванията (излишният материал по ръба на продукта) трябва да се увеличат или намалят поради недостатъчна сила на затягане на матрицата или високо налягане на инжектиране; недостатъчно количество материал (незапълнена кухина) поради лоша течливост на стопилката или недостатъчен обем на инжектиране, необходимо е да се повиши температурата на цилиндъра с материала, да се увеличи налягането на инжектиране или да се увеличи времето на задържане; мехурчетата трябва да се изсушат повече или скоростта на шнека трябва да се намали (за да се намали задържането на въздух) поради недостатъчно изсушаване на суровините или попадане на въздух в стопилката; следи от свиване (повърхностни вдлъбнатини) изискват увеличаване на налягането на задържане или оптимизиране на канала за охлаждаща вода поради недостатъчно налягане или неравномерно охлаждане; деформацията на изкривяване се причинява от прекомерно вътрешно напрежение и е необходимо да се намали температурният градиент на матрицата или да се регулира положението на затвора, за да се осигури равномерен поток на стопилката.

4. Области на приложение и тенденции в развитието

Процесът на шприцване, с предимствата си на висока ефективност и прецизност, се използва широко в различни индустрии и се усъвършенства към интелигентност и екологичност с технологичния прогрес.

Основни области на приложение

Опаковъчната индустрия е най-големият пазар за технология за шприцване, произвеждайки капачки за бутилки, контейнери, кутии за обръщане и др. Например, капачките за бутилки за минерална вода използват шприцване от ПП, за да осигурят уплътняване чрез резбово формоване; Автомобилната индустрия използва шприцване за производство на вътрешни части (табло, панели на врати), външни части (броня) и функционални части (конектори), както и инженерни пластмаси (компютър/ABS сплав), за да замени металите за по-леко тегло; Индустрията за домакински уреди произвежда корпуси (чекмеджета на хладилници, вътрешни тръби на перални машини) и структурни компоненти (зъбни колела, скоби), като ABS се превръща в основен материал поради лесното си оцветяване и умерената си якост; Медицинската индустрия използва шприцване от медицински пластмаси (компютър, ПП) за производство на спринцовки, корпуси за инфузионни комплекти и компоненти на медицински изделия, което изисква чисти форми и нетоксични суровини; 3C индустрията произвежда прецизни части като корпуси за мобилни телефони, клавиатури, конектори и др., изискващи толеранс на размерите от ± 0,02 мм и високопрецизни машини и форми за шприцване.

Тенденции в технологичното развитие

Интелигентността е основната насока, а машините за шприцване са оборудвани със сензори (налягане, температура, изместване) и Изкуствен интелект алгоритми за наблюдение на разтопеното състояние и качеството на продукта в реално време. Чрез адаптивно управление параметрите се настройват автоматично, за да се намали ръчната намеса, а процентът на брак се намалява под 0,5%. Индустриалният интернет позволява свързване на оборудването в мрежа, дистанционно наблюдение на производствените данни и потреблението на енергия и подобрява ефективността на управлението.

Екологизирането се фокусира върху пестенето на енергия, намаляването на потреблението и кръговото използване, с процент на проникване на серво мотори в машините за шприцване над 80% и 30% намаление на потреблението на енергия; Технологията за шприцване на рециклирани пластмаси е зряла и чрез почистване и модификация, рециклираните ПП и ABS могат да се използват за продукти, които не са в контакт с храни; Приложението на шприцване на биопластмаси (PLA, ПБАТ) се разширява, намалявайки зависимостта от изкопаеми ресурси.

Пробив в прецизността и специалната технология за формоване, микро шприцването може да произвежда микро продукти с тегло под 0,1 g (като медицински микро части) с точност от ± 0,001 мм; газовото шприцване използва инжектиране на азот, за да направи дебелостенните продукти кухи, намалявайки следите от свиване и теглото; Двуцветно/многоцветно шприцване за еднократно формоване на многоматериални или многоцветни продукти, подобрявайки интеграцията на външния вид и функционалността.

Като основна технология за обработка на пластмаси, процесът на шприцване отразява съвместните иновации в материалите, оборудването и матриците в процеса на разработване. От ежедневни потребности до висококачествени промишлени части, технологията за шприцване подкрепя развитието на съвременната производствена индустрия със своите ефективни и гъвкави характеристики. С задълбочаването на интелигентните и зелени технологии, процесът на шприцване ще играе по-голяма роля в прецизното производство и опазването на ресурсите, насърчавайки производствената индустрия да се насочи към висококачествена посока.