◆Karakteristika for typisk gennemsigtig plast
Transparent plast og deres sprøjtestøbningsegenskaber
Med kontinuerlige fremskridt inden for materialeforskning og -udvikling er et stigende antal optiske materialer velegnede til fremstilling af gennemsigtige produkter. Tager man optiske linser, der er meget udbredt i optiske produkter med høje kvalitetskrav og kompleks sprøjtestøbningsteknologi, som et eksempel, som vist på figuren, vælges sprøjtestøbningsmaterialet til almindelige plastlinser ofte for dets lave omkostninger, høje produktionseffektivitet, stærke stabilitet og høje transmittans. Sammenlignet med plastråmaterialerne til almindelige plastlinser er kravene til sprøjtestøbningsmaterialer til billedoptik af plastiklinser endnu strengere. Ikke kun skal plastråmaterialet have egenskaber som høj gennemsigtighed, gode mekaniske egenskaber, stærk stabilitet og god flydeevne, men materialevalget skal også være baseret på specifikke ydeevnekarakteristika såsom brydningsindeks.
Almindeligt anvendte sprøjtestøbningsmaterialer til billeddannelse af optiske plastlinser omfatter polymethylmethacrylat (PMMA), polycarbonat (PC) og cykliske olefinpolymerer (COP). Blandt disse er PMMA med høj-gennemsigtighed i vid udstrækning brugt til sprøjtestøbning af plastiklinser. PMMA bruges ikke kun til fremstilling af plastlinser med mellem-til-lav præcision stor-diameter, såsom kondensatorlinser, Fresnel-linser, projektionslinser og bilforlygtelinser, men også i høj-plastiklinser, såsom laserprinter-cd-linser, kameralæselinser og dvd-linser til mobiltelefoner. PMMA besidder høj styrke og hårdhed, samt optiske egenskaber såsom højt Abbe tal og lav dobbeltbrydning. PMMA giver dog stadig flere udfordringer som plastisk råmateriale til optiske linser. For eksempel under fugtige forhold forårsager PMMAs vandabsorption ændringer i plastlinsens brydningsindeks, hvilket resulterer i volumenudvidelse og ændringer af de overordnede strukturelle dimensioner. Ydermere er PMMA's glasovergangstemperatur 100 grader, og varmebestandigheden af plastiklinser er relativt dårlig, hvilket væsentligt begrænser anvendelsesområdet for PMMA.
Polycarbonat (PC) er et almindeligt anvendt optisk materiale, der er meget udbredt i forlygteglas til biler, stråle-diffuserende linser og andre optiske linser. PC har høj gennemsigtighed, varmebestandighed, høj styrke og et højt brydningsindeks og betragtes som et af plastmaterialerne med den bedste slagstyrke. PC-objektiver har dog stadig betydelige ulemper. For eksempel er den fotoelastiske koefficient for PC-linser flere gange højere end den for PMMA, hvilket resulterer i en udtalt dobbeltbrydningseffekt, der i alvorlig grad påvirker plastlinsens optiske billedkvalitet. Desuden har PC-materiale en stor krympningshastighed, hvilket gør plastlinser meget modtagelige for deformation, med en større grad af deformation end PMMA.
Cycliske olefinpolymerer (COP'er) er ring-fingerpolymerer, der er syntetiseret ved hjælp af cykliske olefiner som monomerer. COP'er har høj gennemsigtighed, lav hygroskopicitet, lav dobbeltbrydning og god bearbejdelighed. Desuden udviser COP'er fremragende miljøstabilitet, forbliver strukturelt uændret, selv når de absorberer fugt, og bruges ofte som erstatning for PMMA i plast. COP'er er dog ekstremt dyre og koster cirka ti gange mere end PMMA. Brug af COP'er som sprøjtestøbningsmateriale øger produktionsomkostningerne for plastlinser markant.
Generelt udviser objektiver lavet af pc betydelig dobbeltbrydning, hvilket gør det vanskeligt at garantere billedkvaliteten. COP og PMMA tilbyder uovertrufne fordele med hensyn til mekaniske egenskaber og strukturel stabilitet. COP er dog ekstremt dyrt, hvilket øger produktionsomkostningerne og overtræder økonomiske principper. PMMA er på den anden side relativt billigt og har et stort udbud på markedet, hvilket gør det velegnet til fremstilling af optiske plastiklinser til lav-pris og høj-effektivitet. Ydermere kan PMMAs smeltestrømningsegenskaber forbedres ved at ændre sprøjtestøbningsprocesparametre, hvilket muliggør præcis replikering af sprøjtestøbeformens overflademorfologi.
Sprøjtestøbningsteknologi til transparent plast
Fordigennemsigtig plastkræver høj lystransmission, skal overfladekvaliteten af plastprodukterne kontrolleres strengt. Fejl såsom pletter, porer, blegning, dis, sorte pletter, misfarvning og dårlig glans er uacceptable. Derfor kræver hele sprøjtestøbningsprocessen omhyggelig opmærksomhed og strenge, endda specialiserede, krav til råmaterialer, udstyr, forme og endda produktdesign.
For det andet, på grund af det høje smeltepunkt og dårlige flydeevne af transparent plast, er finjusteringer af procesparametre såsom maskintemperatur, injektionstryk og injektionshastighed ofte nødvendige for at sikre overfladekvalitet. Dette sikrer, at formen fyldes helt uden at generere indre spændinger, der kan føre til produktdeformation og revner. Det følgende afsnit analyserer de vigtigste overvejelser vedrørende forberedelse af råmaterialer, krav til udstyr og forme, sprøjtestøbningsprocesser og håndtering af råmaterialer.
Vigtige tekniske punkter før sprøjtestøbning
Råvareforberedelse og tørring
Da selv den mindste urenhed i plastik kan påvirke produktets gennemsigtighed, er det afgørende at opretholde en tæt forsegling under opbevaring, transport og fodring for at sikre, at råvarerne er helt rene. Især tilstedeværelsen af fugt i råvarerne kan forårsage forringelse ved opvarmning, så grundig tørring er afgørende. Ved sprøjtestøbning skal der anvendes en tørrebeholder til fodring. Det er også vigtigt at bemærke, at den luft, der indføres under tørringsprocessen, ideelt set bør filtreres og affugtes for at forhindre forurening af råmaterialerne.
Rengøring af tønde, skrue og tilbehør
For at forhindre forurening af råmaterialer og ophobning af gammelt materiale eller urenheder i skruen og dens tilbehør, bør der lægges særlig vægt på at forhindre tilbageholdelse af gammelt materiale med dårlig termisk stabilitet. Før og efter brug, bør sprøjtestøbemaskinen rengøres grundigt med en skruerenser for at sikre, at alle sprøjtekomponenter er fri for urenheder. Hvis en skruerenser ikke er tilgængelig, kan PE eller PS plast bruges til at rense skruen. Under midlertidige nedlukninger, for at forhindre nedbrydning forårsaget af langvarig eksponering af råmaterialet for høje temperaturer, bør tørretumbleren og tøndetemperaturerne sænkes. Hvis der produceres PC, PMMA eller anden plast, skal tøndetemperaturen reduceres til under 160 grader. Ydermere, når der bruges PC som råmateriale, bør tragtens tørretemperatur reduceres til under 100 grader.
Problemer at overveje i formdesign (inklusive produktdesign)
For at forhindre dårlig plaststøbning, overfladedefekter og forringelse forårsaget af dårlig reflow eller ujævn afkøling, bør følgende punkter generelt overvejes under formdesign.
01
Vægtykkelsen skal være så ensartet som muligt, og trækvinklen skal være tilstrækkelig stor.
02
Overgangssektionen bør være gradvist og jævnt afrundet for at forhindre skarpe hjørner og kanter, især for PC-produkter, som skal være fri for hakker.
03
Porten og løberen skal være så bred og kort som muligt, og portpositionen skal indstilles i henhold til krympning og størkningsprocessen. En kold sneglebrønd bør tilføjes, hvis det er nødvendigt.
04
Formoverfladen skal være glat med lav ruhed (helst under 0,8 µm).
05
Der skal være tilstrækkelige ventilationskanaler og kanaler til straks at fjerne luft og gasser fra det smeltede materiale.
06
Bortset fra PET bør vægtykkelsen ikke være for tynd, generelt ikke mindre end 1 mm.
Problemer, der skal overvejes i sprøjtestøbningsprocesser (inklusive krav til sprøjtestøbemaskine)
For at reducere intern spænding og overfladekvalitetsdefekter bør følgende aspekter overvejes i sprøjtestøbningsprocessen:
Brug en sprøjtestøbemaskine med en dedikeret skrue og en separat temperatur-styret dyse.
01
Injektionstemperatur: En højere injektionstemperatur er at foretrække, forudsat at plastharpiksen ikke nedbrydes.
02
Indsprøjtningstryk: Generelt højere for at overvinde den høje viskositet af smelten, men for højt tryk kan generere indre spændinger, hvilket forårsager afformningsvanskeligheder og deformation.
03
Injektionshastighed: Generelt lavere, samtidig med at formen fyldes ud, ideelt ved at bruge en flertrins injektionsmetode med langsom-hurtig-langsom.
04
Holdetid og støbecyklus: Kortere, samtidig med at produktet fyldes ud og forhindres synkemærker og bobler, for at minimere opholdstiden for det smeltede materiale i tønden.
05
Skruehastighed og modtryk: Så lavt som muligt, samtidig med at plastificeringskvaliteten sikres, for at reducere muligheden for delaminering.
06
Formtemperatur: Kvaliteten af produktkøling har stor indflydelse, så formtemperaturen skal kontrolleres præcist. Hvis det er muligt, skal formtemperaturen være højere.
07
Andre spørgsmål
For at forhindre forringelse af overfladekvaliteten bør formslipmidler anvendes sparsomt under sprøjtestøbning; mængden af genbrugsmateriale bør ikke overstige 20 %. Bortset fra PET bør alle produkter gennemgå efter-behandling for at lindre intern stress. PMMA skal tørres i varmluftcirkulation ved 70–80 grader i 4 timer; PC skal opvarmes i ren luft, glycerin, flydende paraffin osv., ved 110-135 grader i et stykke tid afhængigt af produktet, hvilket nogle gange tager mere end 10 timer. PET skal gennemgå en biaksial strækningsproces for at opnå gode mekaniske egenskaber.
