Témata
Reklama

Vlastnosti vstřikovacích jednotek

Technologie zpracování plastů vstřikováním je již mnoho desítek let známá a technologické postupy a konstrukce strojů i forem jsou na vysoké úrovni. I u nás se vstřikování plastů stalo tradičním oborem a zabývá se jím mnoho firem. Základním předpokladem dobré výroby je dobrý a kvalitní stroj, základem kvalitního stroje je dobrá vstřikovací jednotka, která umožňuje reprodukovatelnost parametrů jednotlivých cyklů a tím také dosažení potřebné kvality výlisku a příznivého poměru mezi výkonem a cenou. Co svým zákazníkům nabízí rakouská firma Engel, se dočtete v tomto článku.

Vstřikovací jednotka připravuje požadované množství materiálu v dané kvalitě a času. V mnoha případech je čas plastifikace limitujícím parametrem, určujícím čas cyklu. Je-li potřeba připravit více vstřikovaného materiálu, je nutné jej připravit kvalitněji (lépe probarvit či zhomogenizovat) a nebo přejít na materiál se zcela odlišnými vlastnostmi, což je v mnoha případech nemožné. Bohužel neexistuje univerzální vstřikovací jednotka pro všechny druhy materiálu a pro všechny výlisky.
Reklama
Reklama
Reklama

Základní parametry vstřikovacích jednotek:

Průměr šneku D [mm]
Délka šneku vyjádřená poměrem L/D, tedy poměrem délky šneku a jeho průměru. Tento poměr se pohybuje obvykle v rozmezí 19 až 22, což znamená, že délka šneku je 19- až 20násobek jeho průměru.
Plastifikační výkon vstřikovací jednotky se udává v g.s-1. Udávaná hmotnost je typická pro každý zpracovávaný plastový materiál a je nutno počítat s tím, že měrná hmotnost taveniny s teplotou nad 200 °C je nižší nežli měrná hmotnost plastu při pokojové teplotě. Plastifikační výkon je jedním z důležitých parametrů pro šetrnou přípravu požadovaného množství materiálu. Je třeba mít také na zřeteli, že každý materiál má předepsané maximální otáčky šneku. Jejich překročení namáhá materiál ve smyku, dochází k lokálnímu přehřívání a tedy degradaci materiálu. Jak se uvádí dále, mají vysoké otáčky šneku další negativní vliv při plastifikaci zpracovávané hmoty.
Velikost vstřikovací jednotky - v mezinárodním označení strojů je tato hodnota daná vzorcem P = Vmax . pmax /1000, kde Vmax je maximální objem vstřikované hmoty v cm3 a pmax je maximální vstřikovací tlak v barech. Tento se běžně pohybuje v hodnotách od 1100 do 2400 bar, pro náročné technické aplikace (tenkostěnné výlisky) výjimečně i výše.

Standardní 3zónový šnek

1. Zóna plnění - v tomto prostoru šneku je materiál ve formě granulátu nebo prášku nabírán do závitu a v něm stlačován. Pohyb materiálu je dán rozdílným třením materiálu po stěnách vstřikovacího válce a šneku - tření na stěně válce musí být vždy větší než po povrchu šneku. V opačném případě nedochází k mísení materiálu a materiál se může lepit na povrch šneku a nedochází k jeho posunování směrem ke špičce. Díky teplu, který válci dodávají topné pásy, se po několika závitech šneku začne na stěnách válce tvořit vrstvička taveniny.
2. Zóna komprese - zde se lineárně zmenšuje hloubka závitu ve šneku. Pevná látka se působením tepla od vytápěného válce i frikčním teplem daným třením materiálu o stěny dále zahřívá a postupně měkne a natavuje se. Vznikající tavenina se působením čela závitu neustále stírá ze stěn válce a mísí se zbylým materiálem. Neustálé zmenšování hloubky závitu má za účinek zvyšování tlaku a smykového tření na pevné části. Někdy vede potřeba zvyšovat plastifikační výkon zvýšením otáček jednak k lokálnímu přehřátí a degradaci materiálu a rovněž k dalšímu jevu - přestává se smíchávat tavenina s pevnými částicemi, které se pak netřou o stěny válce a dál jsou rozpouštěny pouze přestupem tepla z taveniny. Materiál pak plastifikuje pomaleji.
3. Zóna dávkování - tato zóna má podobně jako zóna plnění konstantní hloubu závitu šneku. Proces rozpouštění by již měl být ukončen na konci kompresní zóny. V zóně dávkování by měl být materiál již jen dokonale promíchán s barvivem a dalšími aditivy a homogenizován s rovnoměrným rozložením teplot v celém objemu hmoty. Doba zdržení se materiálu je zde poměrně krátká, a tak nedochází k dalšímu tavení nerozpuštěných částic.

Bariérový šnek

Z teorie rychlosti tavení u newtonovských kapalin vyplývá, že na rychlost tavení materiálu působí nepřímo úměrně hloubka a šířka závitu šneku. U standardních třízónových šneků se pak při plastifikaci dostáváme k maximálnímu výkonu, který již nelze dál zvyšovat. Další možností je použít speciální geometrii šneku - bariérový šnek.
Bariérový šnek byl prvně představen v roce 1959. Od té doby prodělal velký vývoj jak u vstřikovacích, tak u vytlačovacích strojů a extrudérů. Pracuje s neustálým oddělováním taveniny od pevných částic plastového materiálu. Základní odlišností od standardního šneku je druhý chod závitu šneku v tzv. bariérové zóně a bariérové přepážce mezi prvním a druhým závitem.
Jak je z obr. 2 patrné, nahrazuje bariérová zóna kompresní zónu u standardního 3zónového šneku. V této zóně je nutné neustále přivádět pevné částice ke stěnám vytápěného vstřikovacího válce. Na počátku této zóny je začátek druhého chodu závitu na šneku, jehož bok (přepážka) je v porovnání s původním trochu ubrán - je nižší. Mezi čelem tohoto závitu a stěnou vstřikovacího válce je definovaná mezera. Tím jsou vytvořeny dva kanály. Každý má jinou funkci: pevné části a tavenina plastového materiálu se oddělují bariérovou přepážkou.
Stoupání v bariérové zóně je mnohem větší nežli v zóně plnění, abychom obdrželi potřebný objem v druhém závitu. Mezera bariérové přepážky je volena tak, aby přes ni nemohly přejít pevné části, ale také aby se nepřekročilo smykové namáhání materiálu. Pevné části jsou neustále tlačeny na stěnu vstřikovacího válce a bariérová přepážka stírá vzniklou taveninu do druhého závitu. Tím se dosahuje mnohem lepšího prostupu tepla do materiálu. Rovněž vzniká větší frikční teplo. Pozor však na materiály, které jsou náchylné k degradaci při smykovém tření, jako např. PC nebo PVC.
Druhý závit je postupně mnohem hlubší nežli první, protože již není nutné promíchávat taveninu s pevnými částicemi, které jsou již roztavené. Je možné tedy používat i vyšší otáčky šneku nežli u 3zónového šneku. Zlepšuje se homogenizace materiálu a promísení s pigmenty a aditivy.

Hlavní výhody bariérového šneku:

  • vyšší výkon plastifikace;
  • nižší namáhání materiálu i při vyšších otáčkách šneku;
  • nižší degradace materiálu;
  • lepší homogenita materiálu;
  • lepší probarvení;
  • vyšší kapacita samočištění - oddělování materiálu od povrchu šneku.
  • Rozdíly v nastavení stroje při použití bariérového šneku

    Zpětný tlak - bariérový šnek by měl pracovat s nízkým až nulovým zpětným tlakem. U standardního šneku je nutný zpětný tlak, abychom získali dostatečně homogenní taveninu bez pevných částic. U bariérového šneku je dobrá homogenizace zaručena jeho funkcí. Jelikož má bariérový šnek velmi hluboký závit v zóně dávkování a v kanálu taveniny, je na zpětný tlak velmi citlivý.
    Rozdělení teplot na vstřikovacím válci - při použití bariérového šneku nastavujeme inverzní profil teplot v porovnání se 3zónovým šnekem. Teplota u násypky materiálu v zóně plnění by měla být o 20 - 40 °C vyšší než u trysky. Otvor plnění pod násypkou však nesmí mít teplotu vyšší jak 35 °C až 40 °C, aby se zamezilo lepení materiálu na stěny plnícího otvoru. Standardní rozdělení teplot jako u 3zónového šneku vede k nízkému plastifikačnímu výkonu, větším rozdílům teplot v tavenině a vyšším tlakům ve vstřikovacím válci. Dlouhodobé nastavení standardního profilu může někdy vést k poškození bariérového šneku.
    Otáčky šneku - ve většině případů lze použít maximální otáčky šneku, jakými stroj disponuje. Není třeba se obávat nerozpuštěných částic. Praktické zkoušky prokázaly pouze mírné zvýšení teploty taveniny. U polyolefinů (PE, PP) byla použita obvodová rychlost až 1,2 m.s-1, aniž by došlo k jejich poškození, u čirého polystyrenu byly dosaženy velmi dobré výsledky s rychlostí 1 m.s-1. Nízké tření u bariérového šneku tedy umožňuje vysoké otáčky ve srovnání s 3zónovým bariérovým šnekem a tím i vyšší plastifikační výkon.

    Možnosti použití bariérového šneku

    Každá geometrie šneku je vhodná pro jiný účel použití a pro jiné druhy materiálů. Přizpůsobením geometrie šneku zpracovávanému materiálu je možno zvýšit stabilitu výrobního procesu. Na druhou stranu nelze tuto geometrii přizpůsobovat každému materiálu zvlášť, tedy používat pro každý materiál jiný šnek.
    Nevýhodou speciálních geometrií šneků je, že se nechají použít pouze pro předem určené materiály a nebo pro takové materiály, které jsou předepsanému podobné. Z pohledu výrobce stroje není možné vyrábět a skladovat mnoho různých geometrií šneků a jejich průměrů a modifikací. Většina tzv. standardních anebo univerzálních šneků představuje kompromis ve vztahu na proces zpracování a plastifikačního výkonu velkého sortimentu plastových materiálů.
    Vývoj bariérových šneků ukázal, že je jimi možné zpracovávat jak částečně krystalické, tak amorfní i elastomerické materiály. Zvýšil se výkon plastifikace, zlepšila se homogenita i probarvení. U firmy Engel bylo vyzkoušeno, že bariérový šnek je možné použít pro tyto materiály: HDPE, PE-HD-HMW, LDPE, LLDPE, PP, PP+EPDM, PP+Talkum, PB, ABS, PS, HIPS, SAN, PC, PC/ABS, PC/PBT, PBT, PET, PMMA, PA, TPO, TPE, POM, PPE (+PA).
    Pouze u materiálů plněných vlákny (hlavně skleněnými) nejsou zkušenosti s bariérovým šnekem pozitivní. Do budoucna je ale možné, že v kombinaci s úpravou povrchu se i toto změní.
    Dodavatel vstřikovacího lisu na plasty tedy svému zákazníkovi nabízí s bariérovým šnekem možnost zvednout úroveň používaných šneků k vyšším plastifikačním výkonům, lepší jakosti taveniny a tím i vyšší stabilitě výrobního procesu, při minimálně zvýšených nákladech i vyšší kvalitě výroby.
    Jan Kohoutek
    Engel CZ, s.r.o.
    Reklama
    Vydání #1,2
    Kód článku: 50140
    Datum: 02. 02. 2005
    Rubrika: Komerční příloha / Plasty
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Plasty pomáhají modernizovat strojírenství

    S pokračujícím vývojem nových materiálů se mění i materiálová skladba strojírenských výrobků a zařízení. V současné době si již nelze rozvoj téměř všech strojírenských odvětví bez použití plastových materiálů představit. Vývoj pak ukazuje, že plasty budou hrát ve strojírenství stále významnější úlohu.

    Žíhání termoplastů

    Moderní nauka o plastech v mnoha směrech vychází z nauky o kovech. Příkladem je žíhání, jeden ze způsobů tepelného zpracování. Společným účelem žíhání kovů i plastů je pomocí řízených teplotních změn dosáhnout rovnovážných stavů struktury a tím i cíleně ovlivňovat vlastnosti.

    Makroplasty versus mikroplasty

    Plasty se staly nenahraditelným materiálem sloužícím téměř všem oblastem lidské činnosti. V poslední době se pozornost odborníků i veřejnosti soustřeďuje na zcela nový ekologický fenomén, zvaný mikroplasty. Ve smyslu ekologické terminologie je pak možné výrobky z plastů označovat jako makroplasty.

    Související články
    Plasty a kompozity v inovaci strojírenských výrobků

    Plasty a kompozity s polymerní matricí přinesly revoluci v materiálových přístupech ke konstrukci strojírenských výrobků a zařízení. Nepřetržitě probíhající materiálové inovace v oblasti plastů a kompozitů spoluvytvářejí inovativní řešení ve strojírenství. Reagují na potřeby strojírenského průmyslu a stávají se kontinuálním procesem s jasnou perspektivou do budoucna.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Optimalizace plastových výlisků s obsahem přírodních vláken

    V průmyslové výrobě, především v automobilovém průmyslu, se začíná prosazovat trend nasměrovaný k využívání obnovitelných materiálů, ke kterým mj. patří přírodní vlákna. Vývojáři nových výrobků se setkávají s požadavky na aplikační využití plastových materiálů vyztužených přírodními vlákny, jako jsou sisal, konopí, len atd.

    Laserové řešení pro plastikářský průmysl

    Konvenční technologie opracování plastů již v mnoha případech nevyhovuje požadavkům koncových uživatelů. Moderní lasery posouvají kvalitu výroby plastů na zcela novou úroveň. Lastic představuje implementaci nejmodernějších laserových technologií a ergonomického ovládání do jediného produktu, jenž je navržen tak, aby jeho aplikace do stávajících výrobních linek byla zcela bezproblémová.

    Horké trysky jako nový standard

    Studené plnicí kanály doprovázejí odvětví vstřikování plastů od prvopočátku. I dnes často vypadá tento způsob plnění dutiny jako ten nejjednodušší a nejelegantnější. Proč má tedy smysl zabývat se aplikací horkých trysek i do malých sérií a malých forem? Srovnejme oba způsoby plnění a porovnejme ekonomické přínosy.

    Absorbér energie, izolace nebo kreativní materiál?

    Vypadá jako polystyren, ale není to polystyren. Rozdíl poznáte nejpozději ve chvíli, kdy jej vezmete do ruky. Řeč je o expandovaném polypropylenu, materiálu, který pod obchodním názvem Arpro vyrábí globálně působící japonská společnost JSP. Vnitřní struktura dílů z něj vyrobených na první pohled připomíná díly z pěnového polystyrenu, ale jejich vlastnosti jsou zcela rozdílné.

    Nové vstřikovací jednotky pro vstřikovací stroje

    Společnost Engel Austria od základu přepracovala své hydraulické vstřikovací jednotky a na veletrhu K 2016 od 19. do 26. října v Düsseldorfu představila novou generaci úspěšných řad vstřikovacích strojů Engel victory a Engel duo, které díky inovativním funkcím dosahují vyšší přesnosti, ergonomie a účinnosti.

    Uniplast Brno vstoupil do druhé padesátky

    V roce 2015 vstoupil Uniplast Brno do druhé padesátky let své činnosti, proto mi dovolte ohlédnout se za jeho pracovní činností v uplynulém roce. V souladu s prací v předešlém období navázal na tradiční konference, konzultace, exkurze, semináře a publikační činnost.

    Jedině CO2 laser pro opracování plastů? Dnes už ne

    Implementace a nahrazování mechanických střihadel funkčními celky s CO2 lasery je již dlouhou dobu etablovaný proces pro odstraňování vtokových soustav. Ale co když chceme výrobek z plastu kompletně opracovat? Zjednodušit tvar formy a snížit tak náklady ve výrobě? Musíme kupovat drahé 3D CO2 laserové celky? Není možné laserovou technologii integrovat do technologie stávající?

    Plasty a robot – jde to dohromady?

    Žijeme v době, kdy nás plasty provázejí na každém kroku. Možná si ani neuvědomujeme, kde všude nám pomáhají, kde nás ovlivňují. Od tužky či propisky přes klávesnici, u které sedíme skoro každý den, po stravování a umělohmotné vařečky, které nahradily ty dřevěné, jež používaly naše babičky. Snažíme se usnadnit si život. Těžké díly ze železa vyměnit za lehčí, plastové. Stejně tak i tvůrci softwaru se snaží zjednodušit výrobu.

    Plazmová povrchová úprava nanovlákených polymerních struktur

    Technologie plazmových povrchových úprav spočívá v navázání funkčních skupin na povrch řetězce polymeru v plazmovém výboji. Jedná se převážně o hydroxylové skupiny. Nepolární charakter povrchu materiálu se tímto mění na polární, tedy hydrofobní povrch se stává hydrofilním či naopak. Tato technologie nachází stále širší uplatnění v různých průmyslových, ale i medicínských aplikacích.

    Výroba stavebnic leteckých modelů

    Pamětníci si možná vzpomenou na reportáž o výrobě plastikových leteckých modelů, která vyšla v MM Průmyslovém spektru 1, 2/2004. Když jsem loni na setkání uživatelů softwaru NX potkal pana Vladimíra Šulce, jednoho ze zakladatelů společnosti Eduard – Model Accessories, pozval mě, ať se k nim do Obrnic přijedu znovu podívat, protože za tu dobu se mnohé změnilo.

    Reklama
    Předplatné MM

    Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

    Proč jsme nejlepší?

    • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
    • Vysoký podíl redakčního obsahu
    • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

    a mnoho dalších benefitů.

    ... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

        Předplatit