Perusvarusteet vartenruiskuvaluon ruiskuvalukone ja ruiskumuotti. Kuva 1-2 esittää ruuvityyppisen ruiskuvalukoneen ruiskuvaluprosessia.
Ruiskupuristusperiaate
Periaate on, että rakeista tai jauhemaista muovia lisätään ruiskupuristuskoneen tynnyriin, kuumennetaan ja sulatetaan, minkä jälkeen ruiskupuristuskoneen ruuvin korkea paine ja suuri nopeus työntää sulan muovin piipun etupäässä olevan suuttimen läpi ja ruiskuttaa sen nopeasti suljettuun muottipesään [kuva{0}}(a)]. Ontelon täyttävä sula jäähdytetään ja jähmettyy paineen alaisena, jotta ontelon antama muoto säilyy [kuva. 1-2(b)]. Sitten muotti avataan ja tuote otetaan ulos [Kuva. 1-2(c)]. Ruiskuvaluprosessin aikana muovi käy läpi useita muutoksia, mukaan lukien pehmeneminen, sulaminen, valuminen, muotoutuminen ja jähmettyminen.
(Kuva 1-2 Ruuvityyppisen ruiskutuskoneen ruiskupuristusperiaate)
Pehmennys ja sulatus:
Kuvassa 1-4 on esitetty ruiskuvalukoneen piippu- ja ruuvirakenne. Koska piipun ulkopuolelle on asennettu pyöreä lämmitin, muovi sulaa liikkuessaan eteenpäin ruuvin pyöriessä ja ruiskutetaan lopuksi muottiin suuttimen kautta.
(L1-Ruokinta-osio; L2-Pakkausosio; L3-Mittausosio; h1/h2-Pakkaussuhde; D-Ruuvin halkaisija)
Muovi käy läpi seuraavat muutokset muotin täyttöprosessin aikana:
Ennen kuin ruuvi pyörii (L2), ruuvitangon lämpötila ja paine ovat suhteellisen alhaiset johtuen sulatilavuuden vähenemisestä, joka johtuu materiaalin pääsystä muottipesään (L1). Kun ruuvi on pyörinyt (L3), muovin lämpötila on saavuttanut sulamislämpötilan ja sulanut. Tuotteen laadun varmistamiseksi muovi on sulatettava kokonaan ennen uudelleen-sulatusta. Tällä hetkellä, jos muovi on jo saavuttanut puristusvaiheen tietyllä sulamisasteella, sen kaasunpoistovaikutus vaikuttaa suuresti.
Vaikka määrä (L3) pysyy samana, johtuen erilaisista ruuvin urien syvyyksistä h₀, muovi kokee eriasteisia leikkausvaikutuksia ruuvin pyörimisprosessin aikana, joten pehmitysaste vaihtelee.
Yhteenvetona voidaan todeta, että samassa muovaussyklissä muovin sulamisasteeseen ja laatuun vaikuttavat ruuvin kaasupitoisuus ja sulamislaatu:
① Ruuvin tehollinen pituus on suoraan verrannollinen (lisää): L/D=22-25.
② Ruuvin puristussuhde: h₁/h₂=2.0-3.0 (yleensä 2,5).
③ Ruuvin puristusosa on suhteellisen verrannollinen: L1/L₂=40%-60%.
Koska arvo on liian suuri, myös materiaalin viipymäaika kasvaa ja ruuvin pyöriminen lähettää jatkuvasti sulaa muovia eteenpäin. Tällä hetkellä muovi jatkaa virtaamista muottipesässä paineen alaisena ja sitten yhdessä muovausjaksossa (ilman ulkoista puuttumista ennen kuin ruuvi alkaa liikkua eteenpäin). Kun ruuvi pyörii, se liikkuu eteenpäin mekaanisen voiman vaikutuksesta tiivistäen muovia vähitellen ja ruiskuttamalla sen muottipesään. Edellisenä hetkenä sen sulaa puristetaan nopeasti (kutsutaan välittömäksi puristukseksi), mikä voi helposti aiheuttaa kiteytymistä ja aiheuttaa vikoja. Hitaalla injektiolla voidaan välttää kiteytyminen (täydellinen kiteytyminen, mikä tekee siitä täysin amorfisen nopean jäähdytyksen vuoksi).
Virtaus:
Kun sula ruiskutetaan muottipesään suurella paineella ja suurella nopeudella, ruiskutusprosessin aikana tapahtuu kaksi ilmiötä. Yksi on, että muovi, joka on kosketuksessa muotin seinämän kanssa sulassa tilassa, jähmettyy ja muodostaa ohuen kerroksen johtuen nopeasta jäähtymisestä, joka aiheutuu kosketuksesta muotin ontelon pintaan. Tätä ohutta kerrosta kutsutaan jäädytetyksi kerrokseksi (tai hetkellisesti jäätyneeksi kerrokseksi), joka laskee itse sulan muovin lämpötilaa (pääasiassa piilevän kiteytyslämmön häviämisen vaikutuksesta). Esimerkiksi polyeteenissä sulatteen jäähtymisen aikana muotin seinämän läpi vapautuva piilevä kiteytyslämpö voi olla 50 astetta tai enemmän. Siksi lämpötila laskee sen jälkeen, kun sula täyttää koko muotin ontelon ja palaa kiireelliseen tilaan. Toinen on se, että suurempi osa sulasta muovista säilyttää edelleen virtaussuuntansa ja käy läpi vastavirtauksen.
Kuten kuviosta 1-5 voidaan nähdä, kun sula on kosketuksissa muotin ontelon seinämän kanssa, se muodostaa jäätyneen kerroksen ja nopeampi virtausnopeus syntyy keskiosaan poispäin ontelosta. Muovi virtaa kerroksittain jäätyneen kerroksen ja ontelon seinämän välisellä alueella. Kun muovi on kulkenut läpi sellaisessa tilassa ja jäähtynyt ja muotoiltu tuotteeksi, kerros on edelleen olemassa valetussa tuotteessa yhdensuuntaisessa suunnassa ja pystysuunnassa, mikä johtaa tuotteen lujuus- ja sitkeyseroihin, joita esiintyy muovatun tuotteen irrotus- ja muotoiluvaiheissa.
1 - Ruiskuvalukone; 2 - Hartsiruiskumuotti (joka koostuu itse asiassa pääkannattimesta ja portista);
3 - Home (ontelon sisällä); 4 - Osa, jonka virtausnopeus on nopeampi keskellä;
5 - Osa, jonka virtausnopeus on erittäin hidas ontelon seinämää pitkin; 6 - Hartsimolekyylit, jotka on suunnattu ja venytetty;
7 - Hartsimolekyylit, jotka ovat kietoutuneet yhteen.
Muotoilu ja kovetus:
Kun sulaa muovia ruiskutetaan, se tulee muottiin suuttimen kautta, ottaa muotonsa ja jäähtyy ja jähmettyy lopulliseksi tuotteeksi. Kuitenkin todellinen aika, joka kuluu sulan muovin täyttämiseen muotin täyttämiseen, on useita sekunteja, mikä tekee täyttöprosessin tarkkailusta erittäin vaikeaa.
Amerikkalainen insinööri Stevenson käytti tietokonesimulaatiota kuvaamaan polypropeenista valmistetun auton oven täyttöprosessia kuumakanavamuotilla, jossa on kaksi porttia, ja laski ruiskutusajan (eli täyttöajan), hitsauslinjan ja tarvittavan puristusvoiman. Kuva 1-6 havainnollistaa hänen simulaatiostaan saatua mallia. Kuvan 1-6 sulatteen virtaus- ja täyttötila ei poikkea merkittävästi kuviteltavista ja saattaa heijastaa tarkasti korin oven todellista täyttöprosessia.
Ruiskuvaluprosessien kulun simuloimiseen on monia menetelmiä (kuten FAN-menetelmä, CAIM-simulointijärjestelmä ja Moldflow-simulointijärjestelmä). Näitä simulaatiomenetelmiä käytetään tällä hetkellä ennustamaan sulan muovin täyttöprosessia muotissa, tavoitteena järkevämpi muotin suunnittelu ja portin sijainnin tai tyypin valinta.
Kun sula muovi on muotoiltu, se siirtyy jähmettymisprosessiin. Pääasiallinen jähmettymisen aikana esiintyvä ilmiö on kutistuminen, joka tapahtuu samanaikaisesti jäähtymisen ja kiteytymisen seurauksena. Kuvassa 1-7 on esitetty kolmen eri kiteisyyden omaavan polyeteenin kutistuminen lämpötilan laskeessa.
(a-PE, jonka suhteellinen tiheys on 0,9645; b-PE, jonka suhteellinen tiheys on 0,95; c-PE, jonka suhteellinen tiheys on 0,918; d-Jäähdytyskäyrät: C1, C2, C3-kaikilla kolmella on sama jäähdytysnopeus.)