Det grundlæggende udstyr tilsprøjtestøbninger en sprøjtestøbemaskine og en sprøjtestøbeform. Figur 1-2 viser sprøjtestøbningsprocessen for en sprøjtestøbemaskine af skruetype.
Sprøjtestøbningsprincip
Princippet er, at granulært eller pulveriseret plast tilsættes sprøjtestøbemaskinens cylinder, opvarmes og smeltes, og derefter skubber det høje tryk og høje hastighed af sprøjtestøbemaskinens skrue den smeltede plast gennem dysen i forenden af cylinderen og sprøjter det hurtigt ind i det lukkede formhulrum [Fig. 1-2(a)]. Smelten, der fylder hulrummet, afkøles og størkner under tryk for at opretholde den form, som hulrummet giver [Fig. 1-2(b)]. Derefter åbnes formen, og produktet tages ud [Fig. 1-2(c)]. Under sprøjtestøbningsprocessen gennemgår plastik en række ændringer, herunder blødgøring, smeltning, flydning, formning og størkning.
(Figur 1-2 Sprøjtestøbningsprincip for skrue-type sprøjtemaskine)
Blødgøring og smeltning:
Figur 1-4 viser cylinder- og skruestrukturen af en sprøjtestøbemaskine. Fordi en cirkulær varmelegeme er installeret på ydersiden af tønden, smelter plastikken, når den bevæger sig fremad under skruens rotation, og til sidst sprøjtes ind i formen gennem dysen.
(L1-Fodersektion; L2-Kompressionssektion; L3-Målesektion; h1/h2-Kompressionsforhold; D-Skruediameter)
Plast undergår følgende ændringer under formpåfyldningsprocessen:
Før skruen roterer (L2), temperaturen og trykket af skruestangen er relativt lave på grund af reduktionen i smeltevolumen forårsaget af materialet, der kommer ind i formhulrummet (L1). Efter at skruen har roteret (L3), har plasttemperaturen nået smeltetemperaturen og er blevet smeltet. For at sikre produktkvaliteten skal plasten smeltes helt, før den gen-smelter. På dette tidspunkt, hvis plasten allerede er gået ind i kompressionsstadiet ved en vis grad af fusion, vil dens afgasningseffekt blive stærkt påvirket.
Selv hvis mængden (L3) forbliver den samme, på grund af forskellige skruerilledybder h₀, vil plasten opleve forskellige grader af forskydningsvirkning under skruens rotationsprocessen, således at graden af plastificering vil variere.
Sammenfattende, under samme støbecyklus vil graden og kvaliteten af plastsmeltning blive påvirket af skruens gasindhold og smeltekvalitet:
① Den effektive længde af skruen er direkte proportional (stiger): L/D=22-25.
② Skruens kompressionsforhold: h₁/h₂=2.0-3.0 (generelt 2,5).
③ Kompressionsdelen af skruen er relativt proportional: L₁/L₂=40%-60%.
Da værdien er for stor, vil materialets opholdstid også stige, og skruens rotation vil løbende sende den smeltede plast frem. På dette tidspunkt vil plasten fortsætte med at flyde i formhulrummet under tryk, og derefter i én støbecyklus (uden ekstern indgriben, før skruen begynder at bevæge sig fremad). Efter at skruen har roteret, vil den bevæge sig fremad under påvirkning af mekanisk kraft, gradvist komprimere plasten og sprøjte den ind i formhulrummet. I det foregående øjeblik vil dens smelte blive udsat for hurtig kompression (kaldet øjeblikkelig kompression), hvilket let kan forårsage krystallisation og føre til defekter. Brug af langsom injektion kan undgå krystallisation (fuldstændig krystallisation, hvilket gør den fuldstændig amorf på grund af hurtig afkøling).
Flyde:
Når smelten sprøjtes ind i formhulrummet under højt tryk og høj hastighed, vil der opstå to fænomener under injektionsprocessen. Den ene er, at plasten i kontakt med formvæggen i smeltet tilstand vil størkne og danne et tyndt lag på grund af den hurtige afkøling forårsaget af kontakt med formhulens overflade. Dette tynde lag kaldes et frosset lag (eller kaldet øjeblikkeligt frosset lag), hvilket vil få selve den smeltede plasts temperatur til at falde (hovedsageligt på grund af påvirkningen af tabet af latent krystallisationsvarme). For eksempel i polyethylen kan den latente krystallisationsvarme, der frigives under afkølingsprocessen af smelten gennem formvæggen, nå 50 grader eller derover. Derfor, efter at smelten fylder hele formhulen og vender tilbage til en presserende tilstand, vil temperaturen falde. Den anden er, at en større del af den smeltede plast vil fortsætte med at opretholde sin strømningsretning og gennemgå omvendt strømning.
Som det kan ses af figur 1-5, vil smelten, når smelten er i kontakt med formhulrummets væg, producere et frosset lag, og en hurtigere strømningshastighed vil blive genereret i den centrale del væk fra hulrummet. Plasten vil flyde lagdelt i området mellem det frosne lag og hulmuren. Efter at plasten er passeret igennem i en sådan tilstand og er afkølet og formet til et produkt, vil lagdelingen stadig eksistere i det støbte produkt i en parallel retning og en vertikal retning, hvilket resulterer i forskelle i styrke og sejhed af produktet, som vil eksistere under frigivelses- og formningsstadierne af det støbte produkt.
1 - Sprøjtestøbemaskine; 2 - Harpikssprøjtestøbeform (faktisk sammensat af hovedløber og port);
3 - Skimmelsvamp (inde i hulrummet); 4 - Den del med en hurtigere flowhastighed i midten;
5 - Den del med en meget langsom strømningshastighed langs hulrumsvæggen; 6 - Harpiksmolekyler, der er orienteret og strakt ud;
7 - Harpiksmolekyler, der er viklet sammen.
Formning og hærdning:
Når smeltet plast sprøjtes ind, kommer det ind i formen gennem en dyse, tager form og afkøles og størkner til det færdige produkt. Den faktiske tid, det tager for den smeltede plastik at fylde formen, er dog flere sekunder, hvilket gør det meget vanskeligt at observere påfyldningsprocessen.
Den amerikanske ingeniør Stevenson brugte computersimulering til at skildre påfyldningsprocessen af en bildør af polypropylen, der blev støbt ved hjælp af en varmløbeform med to porte, og beregnede indsprøjtningstiden (dvs. påfyldningstiden), svejselinjen og den nødvendige klemkraft. Figur 1-6 illustrerer modellen opnået fra hans simulering. Strømnings- og påfyldningstilstanden af smelten i figur 1-6 er ikke signifikant forskellig fra det, man forestillede sig, og kan nøjagtigt afspejle den faktiske påfyldningsproces for en bildør.
Der findes mange metoder til at simulere strømmen af sprøjtestøbningsprocesser (såsom FAN-metoden, CAIM-simuleringssystemet og Moldflow-simuleringssystemet). Disse simuleringsmetoder bruges i øjeblikket til at forudsige påfyldningsprocessen af smeltet plast i en form, med henblik på et mere rationelt formdesign og valg af portplacering eller -type.
Efter at den smeltede plast er formet, går den ind i størkningsprocessen. Det vigtigste fænomen, der opstår under størkning, er krympning, som opstår samtidigt på grund af afkøling og krystallisation. Figur 1-7 viser krympningen af tre typer polyethylen med forskellige krystalliniteter, når temperaturen falder.
(a-PE med en relativ tæthed på 0,9645; b-PE med en relativ tæthed på 0,95; c-PE med en relativ tæthed på 0,918; d-Kølehastighedskurver: C1, C2, C3-alle tre har den samme afkølingshastighed.)