Pierwsza wtryskarka
Formowanie elementów z tworzyw sztucznych poprzez wtrysk uplastycznionego tworzywa do gniazda formy nazywane jest formowaniem wtryskowym. To proces, który zapoczątkowany został w 1872 roku przez dwóch braci Isaiaha i Johna Wesleya Hyatta, którzy jako pierwsi zbudowali wtryskarkę tłokową. Był to początek historii przetwórstwa tworzyw sztucznych, która trwa do dziś ciągle się rozwijając.
Wtryskarka ślimakowa – nowa jakość wtrysku
Proces formowania wtryskowego zyskiwał na znaczeniu podczas II wojny światowej, kiedy to nie było do dyspozycji innych materiałów. A w 1946 roku opracowany został nowy typ wtryskarki skonstruowanej przez Jamesa Watson Hendry’ego. Amerykański konstruktor zastąpił w cylindrze tłok ślimakiem, dzięki czemu można było łatwo kontrolować proces wtrysku i równomiernie ogrzewać materiał. Okazało się, że wytwarzane tym sposobem produkty miały zdecydowanie lepszą jakość. Ten sam wynalazca opracował jeszcze w latach 70-tych technologię formowania wspomaganego gazem, co ponownie poszerzyło możliwości formowania tworzyw sztucznych. Dzięki tej innowacji można było produkować bardziej złożone oraz puste w środku detale.
Wtryskiwanie tworzyw sztucznych – zastosowanie
Dzięki możliwości produkowania elementów o rozmaitych kształtach producenci różnego rodzaju sprzętu i narzędzi z powodzeniem i na dużą skalę wykorzystują technologię formowania wtryskowego w wielu różnych gałęziach przemysłu.
Przykładem może być branża motoryzacyjna, gdzie wytwarza się np. zbiorniki płynów eksploatacyjnych do różnego rodzaju samochodów oraz elementy wyposażenia.
Gdzie jeszcze wykorzystywana jest technologia wtrysku tworzyw sztucznych? Będą to na przykład:
- produkcja akcesoriów medycznych i farmaceutycznych
- produkcja sprzętu AGD i RTV
- produkcja zabawek dla dzieci
- produkcja elektronarzędzi
- i wiele więcej
Wtryskiwanie tworzyw sztucznych – etapy procesu wtryskiwania
Zaraz po tym jak granulat tworzywa sztucznego przedostaje się z leja zasypowego za pomocą tłoka do komory grzewczej następuje cykl pracy wtryskarki.
Zgodnie z publikacją naukową pt.: „Charakterystyka mikroformowania wtryskowego. Konwencjonalne formowanie wtryskowe, dobór materiału, wtryskarki w mikroformowaniu wtryskowym” autorstwa mgr inż. Grzegorza Jankowskiego z Katedry Przeróbki Plastycznej, Wydziału Budowy Maszyn i Lotnictwa Politechniki Rzeszowskiej, pojedynczy cykl pracy wtryskarki ma 6 etapów:
- Faza zamykania (Tz) – forma przymocowana do stołu wtryskarki zamykana jest przez siłownik.
- Faza wtrysku (Tw) – następuje wtrysk plastycznego tworzywa do gniazda formy wtryskowej.
- Faza docisku (Td) – tworzywo w gnieździe formującym zostaje uzupełniane aż do momentu zakrzepnięcia przewężki. Na tym etapie redukowany jest skurcz wypraski.
- Faza uplastycznienia (Tu) – na tym etapie ślimak lub tłok zostaje odsunięty, pobrany zostaje granulat, który uplastycznia się pod wpływem wysokiej temperatury ścianek i tarcia.
- Faza otwierania (To) – podczas otwarcia formy rozdzielają się jej połówki, a kształtka zostaje wypchnięta.
- Faza przerwy (Tp) – to moment przestoju pomiędzy kończącym się i zaczynającym za moment cyklem wtryskiwania.
Zgodnie ze wspomnianą publikacją najdłuższą fazą jest faza uplastyczniania, a najkrótszą zamykanie. Zaś czas całkowity obliczany jest ze wzoru:
Tc = Tz + Tw + Td + Tu + To + Tp
Formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych – parametry procesu wtryskiwania
Proces produkcyjny formowania wtryskowego opisywany jest przez wiele różnych parametrów, które należy wziąć pod uwagę już na etapie projektu, aby zapewnić najbardziej optymalne warunki produkcji. Jednym z najważniejszych parametrów tego procesu jest temperatura. Ona właśnie odpowiada za płynność wtryskiwanego materiału. Dlatego też nie może być zbyt niska, ani za wysoka, gdyż materiał utraci swoje optymalne właściwości.
Kolejnym ważnym parametrem jest ciśnienie w cylindrze wtryskowym. W przypadku, gdy byłoby ono za niskie wnętrze gniazda formy nie zostanie do końca wypełnione, co skutkować będzie różnego rodzaju wadami tj. wklęśnięcia czy pęcherze. Z kolei za wysokie ciśnienie grozić będzie rozszczelnieniem formy i wypłynięciem stopionego tworzywa. Innymi parametrami powiązanymi ze sobą będą prędkość wtrysku i czas wypełnienia formy. Zbyt szybkie wtryskiwanie może powodować naprężenia w materiałach, a zbyt wolne prowadzić może do przedwczesnego zastygania tworzywa.