Lavorazione di materie plastiche termoindurenti stampate ad iniezione

Lo stampaggio a iniezione di plastica termoindurente utilizza una vite o uno stantuffo per spingere il polimero attraverso un cilindro riscaldato (120-260°F) per ridurre la viscosità e quindi iniettarlo in uno stampo riscaldato (300-450°F). Una volta che il materiale riempie lo stampo, viene pressurizzato. In questo momento avviene la reticolazione chimica, che fa indurire il polimero. Il prodotto duro (cioè stagionato) può essere espulso dallo stampo mentre è caldo e non può essere rimodellato o rifuso.

L'attrezzatura per lo stampaggio a iniezione è dotata di un dispositivo di bloccaggio ad azionamento idraulico per la chiusura dello stampo e di un dispositivo di iniezione che può trasportare il materiale. La maggior parte delle plastiche termoindurenti vengono utilizzate in forma granulare o in scaglie, che possono essere alimentate nel dispositivo di iniezione a coclea tramite una tramoggia a gravità. Quando si lavora il composto per stampaggio sfuso in poliestere (BMC), è come a"pasta di pane"e un pistone di alimentazione viene utilizzato per premere il materiale nella scanalatura della filettatura.

I polimeri lavorati da questo processo sono (in ordine di quantità); fenolici, BMC poliestere, melamina, resine epossidiche, plastiche urea-formaldeide, polimeri vinilestere e diallil ftalato (DAP).

La maggior parte dei materiali termoindurenti contiene grandi quantità di riempitivi (fino al 70% in peso) per ridurre i costi o migliorare il basso ritiro, la resistenza o le proprietà speciali. I riempitivi comuni includono fibre di vetro, fibre minerali, argille, fibre di legno e nerofumo. Questi riempitivi possono essere molto abrasivi e produrre viscosità elevate che devono essere superate dalle apparecchiature di lavorazione.

in lavorazione

Sia i materiali termoplastici che quelli termoindurenti diminuiranno la viscosità quando riscaldati. Tuttavia, la viscosità dei materiali termoindurenti aumenta con il tempo e la temperatura a causa delle reazioni chimiche di reticolazione. Il risultato combinato di questi effetti è una curva di viscosità a forma di U nel tempo e nella temperatura. L'obiettivo dello stampaggio a iniezione di materiali termoindurenti è completare l'operazione di riempimento dello stampo nell'area di viscosità più bassa poiché la pressione richiesta per modellare il materiale nella forma dello stampo è la più bassa. Ciò aiuta anche a ridurre al minimo i danni alle fibre nel polimero.

Il processo di stampaggio a iniezione utilizza una vite per spostare il materiale attraverso un cilindro riscaldato, che fa circolare acqua o olio in una camicia attorno al cilindro. La vite può essere progettata per ciascun tipo di materiale e leggermente compressa per rimuovere l'aria e riscaldare il materiale per ottenere una bassa viscosità. La maggior parte dei materiali termoindurenti scorre abbastanza bene qui.

L'operazione di inserimento del materiale nello stampo consiste nell'arrestare la rotazione della vite e spingere la vite in avanti ad alta velocità con pressione idraulica per forzare il materiale plastificato a bassa viscosità nello stampo. Questo flusso rapido richiede il riempimento della cavità dello stampo in 0,5 secondi e la pressione deve raggiungere 193 MPa. Una volta riempita la cavità dello stampo, il flusso ad alta velocità del materiale genera un maggiore calore di attrito per accelerare la reazione chimica.

Una volta riempita la cavità dello stampo, la pressione di iniezione scenderà a una pressione di mantenimento di 34,5-68,9 MPa. Questa pressione di mantenimento viene mantenuta sul materiale per 5-10 secondi, poi la pressione viene rilasciata e inizia la fase di plastificazione del ciclo successivo.

Il materiale viene mantenuto nello stampo caldo finché non si indurisce, quindi il dispositivo di chiusura viene aperto per espellere il prodotto. Il prodotto potrebbe essere leggermente non polimerizzato e un po' morbido quando viene appena espulso. La polimerizzazione finale viene completata entro 1 o 2 minuti dalla rimozione sfruttando il calore trattenuto all'interno del prodotto. L'intero ciclo produttivo dei prodotti termoindurenti è di 10-120 secondi, a seconda dello spessore del prodotto e della tipologia delle materie prime.

Molte tecnologie diverse e specializzate vengono utilizzate per migliorare la qualità e la riproducibilità del prodotto. In considerazione del fatto che alcuni polimeri termoindurenti producono gas quando riscaldati, spesso avviene un'operazione di sgonfiaggio dopo che lo stampo è stato parzialmente riempito. In questa fase lo stampo viene leggermente aperto per consentire la fuoriuscita del gas, quindi richiuso rapidamente per iniettare il materiale rimanente.

Lo stampaggio a iniezione fornisce una maggiore resistenza, un migliore controllo dimensionale e una migliore condizione superficiale (aspetto), ottenuta utilizzando uno stampo con cavità della membrana telescopica e nucleo della membrana. Lo stampo può essere aperto di 1/8-1/2 pollice durante il processo di iniezione e quindi compresso rapidamente, proprio come se lo stampo fosse chiuso.

I composti per stampaggio integrali realizzati in fibra di vetro, riempitivo e resina poliestere insatura possono essere dotati di attrezzature specializzate aggiuntive sulla macchina per completare lo stampaggio a iniezione. Un alimentatore a pistone è collegato alla canna per l'alimentazione forzata, che può quindi essere azionata in due modi diversi. Uno ha una tradizionale vite alternativa che spinge il materiale in avanti mentre lo mescola e lo riscalda. Ciò richiede una valvola di ritegno all'estremità della vite. Evitare che il materiale rifluisca sulle filettature delle viti poiché la viscosità del materiale è molto bassa. Un altro modo è utilizzare uno stantuffo o un pistone per premere il materiale nella cavità dello stampo. Lo stantuffo viene spesso utilizzato per materiali contenenti più del 22% di fibra di vetro in peso perché è meno dannoso per la fibra e può anche ottenere una resistenza maggiore.

Un altro metodo di processo utilizzato per la prima volta per lo stampaggio di plastica termoindurente è lo stampaggio a compressione e lo stampaggio a trasferimento. Rispetto a loro, i vantaggi e gli svantaggi dello stampaggio a iniezione sono i seguenti:

I vantaggi dello stampaggio a iniezione rispetto allo stampaggio a compressione sono: automazione del processo di ciclo di stampaggio più rapido (da 2 a 3 volte); meno modifiche al prodotto; minori costi del lavoro; elevata capacità produttiva.

Gli svantaggi dello stampaggio a iniezione rispetto allo stampaggio a compressione sono: maggiori investimenti in attrezzature e stampi; lo stampaggio a compressione può ottenere una maggiore resistenza del prodotto e una migliore finitura superficiale.

I vantaggi della pressofusione si collocano generalmente tra lo stampaggio a iniezione e lo stampaggio a compressione.

Attrezzatura

Fattori importanti nella scelta dell'attrezzatura per lo stampaggio a iniezione di plastica termoindurente includono: capacità del dispositivo di bloccaggio dello stampo e capacità di stampaggio a iniezione; sistema di controllo e temperatura della botte.

La scelta del dispositivo di bloccaggio dello stampo con pressione di chiusura in tonnellate dovrebbe basarsi sull'area di stampaggio prevista del prodotto e sul canale di flusso. Il tonnellaggio richiesto può variare da 1,5 a 5 t/in2, a seconda della complessità del prodotto stampato e delle materie prime utilizzate. La dimensione delle attrezzature è compresa tra 30 e 3.000 t, mentre le attrezzature più comuni sono comprese tra 100 e 600 t. Lo spessore della lamiera d'acciaio e la rigidità della macchina sono molto importanti. Ridurre al minimo la deformazione da flessione durante l'iniezione, che rende difficile la rimozione del troppopieno.

La capacità di iniezione della macchina deve essere analizzata in base alla pressione di iniezione massima richiesta per riempire lo stampo e al volume del materiale nella cavità e nel sistema di canali di flusso. La pressione di iniezione richiesta varia da 96,5 MPa per i composti integrali di poliestere per stampaggio a 207 MPa per alcune plastiche fenoliche speciali. La capacità di iniezione della macchina è spesso indicata dal volume teorico (l'area della vite o del pistone iniettata moltiplicata per la sua corsa).

In generale, la capacità dell'attrezzatura è determinata dall'85% del volume del prodotto che l'attrezzatura può produrre. Quando l'apparecchiatura è indicata con la capacità di produzione del polistirolo, è necessario tenere conto della differenza di densità tra la stessa e la plastica termoindurente nel determinare la capacità di produzione in base al peso della parte.

L'attuale sistema di controllo popolare è il controllo computerizzato, che può selezionare la velocità di iniezione e il carico del dispositivo di bloccaggio. Il programma operativo del processo, il movimento del nucleo laterale dello stampo verso lo stampo, il ciclo di lavoro del dispositivo di espulsione e il controllo della temperatura del cilindro e dello stampo. Di grande valore è il metodo di impostazione e registrazione in sequenza dell'alimentazione di uno specifico stampo e di specifiche materie prime. Perché ci sono un gran numero di variabili nel processo.

La temperatura della botte è controllata dall'acqua calda che scorre attraverso la camicia che ricopre la botte. Il controllo della temperatura dello stampo viene comunemente effettuato mediante riscaldatori plug-in, ma può anche essere effettuato mediante vapore o circolazione di olio caldo.

La temperatura dello stampo altamente controllabile è la più importante per ottenere prodotti uniformi.

Le opzioni di attrezzatura comuni includono alimentatori per composti di stampaggio integrali, sistemi di stampi a cambio rapido, serbatoi di fluido idraulico per iniezione rapida, nuclei laterali collegati al sistema idraulico per lo scorrimento dello stampo, sistemi di raccolta robotizzati e getti d'aria per rimuovere la bava generata durante ogni stampaggio ciclo.

A causa della bassa viscosità del polimero, questo scorre in una pellicola sottile sulla linea di giunzione, quindi la plastica termoindurente finita spesso necessita di essere tagliata per rimuovere la bava. La rimozione delle bave dalle parti stampate viene spesso eseguita facendo rotolare le parti o facendole passare attraverso un dispositivo in cui i pellet di plastica ad alta velocità staccano il fragile strato di bava.

Applicazioni

I principali mercati per i materiali termoindurenti prodotti mediante stampaggio a iniezione includono:

Industria automobilistica: parti di motori, catarifrangenti per fari e parti di freni.

Industria elettrica: interruttori automatici, alloggiamenti per interruttori e formatori di bobine.

Elettrodomestici: piastre forno pane, basi caffettiere, commutatori motori, alloggiamenti motori e alloggiamenti tritarifiuti.

Altro: alloggiamenti per elettroutensili, alloggiamenti per lampade, misuratori di portata gas e stoviglie.