فرایندهای پلیمری (2)

قالب گیری تزریقی
در این فرایند، مذاب پلیمری به داخل یک قالب بسته، وارد می شوند. در حقیقت بسته بودن این قالب موجب می شود تا انجماد سریع ماده ی پلیمری، تسهیل شود و محصولی مناسب تولید شود. ترموپلاست هایی که می تواند به سهولت قالب گیری شوند، عبارتند از پلی استایرن، پلی اتیلن و پلی پروپیلن . البته با دقت بیشتر در فرایند تولید، می توان PVC صلب، نایلون و PMMA را نیز با این روش، شکل دهی کرد. قالب های مورد استفاده در این روش، از جمله قالب های منفرد و چند تکه می باشند. ماشین ها با استفاده از نیروی گیره ای، به حرکت در می آیند. ماشین های مورد استفاده در این فرایند، دارای ظرفیت های شات در گستره ی چند گرم تا چند ده کیلوگرم، دارند. بخش های اصلی مربوط به ماشین های قالب گیری تزریقی، در شکل 1 آورده شده است. پیچه ی دستگاه (Screw) می چرخد و در این حالت، گرانول مواد پلاستیکی، از سمت هاپر، به سمت محفظه ی اصلی، شارژ می شود. وقتی میزان مناسبی از مواد مذاب در سر پیچه قرار بگیرد، پیچه متوقف می شود و به عنوان پیستون عمل کرده و موجب انتقال مذاب به داخل قالب می شود. این کار از طریق نازل انجام می شود. یک والف بررسی حلقوی، در مکانی مناسب قرار داده می شود تا بدین صورت، اطمینان حاصل شود که در طی سیکل تزریق، مذاب به سمت قالب حرکت می کند. نقش حلقه در زمانی که پیچه ی دستگاه می چرخد، ذخیره سازی و در زمانی که متوقف می شود، از بین بردن فضای میان مذاب پلاستیکی می باشد. شکل 2 نشاندهنده ی جزئیات مربوط به حلقه ی جابجا کننده و والف بررسی می باشد. در یک عملیات نمونه وار، مذاب از میان یک سیستم کانال مانند عبور می کند که به طور نرمال، از یک حلقه، گردنده و گیت تشکیل شده است. این بخش، پیش از ورود مذاب به داخل شکاف قالب و تشکیل شکل قالب، بر روی مذاب، نیرو اعمال می کند. شکل 3 نشاندهنده ی یک حلقه و سیستم گردنده است که دارای چند گیت میخی شکل و قالب های چند شکافه برای تولید 8 قطعه با یک بار شات، می باشد. گیت های میخی و تونلی، موجب تسهیل جداسازی دستی قطعات تولیدی می شود. این بخش ها در شکل 4 قابل مشاهده می باشند. طراحی گیت ها و سیستم گردنده در یک قالب چند شکافه که برای تولید یک قطعه استفاده می شود، باید متعادل باشد. نسبت به همه ی شکاف ها، گردش کند. و همچنین قطر و طول این بخش ها نیز حساب شده باشد. این مسئله به خاطر این است که اطمینان حاصل گردد که تمام حفرات به یک نسبت پر می شوند و بدین صورت، قطعه ی تولیدی، قطعه ای یکنواخت می شود. شکل 5 نشاندهنده ی مثال هایی از ساختار گردنده ی متعادل و بدون تعادل، می باشد. اندازه و موقعیت گیت ها، همچنین یک مسئله ی کلیدی در زمینه ی ایجاد جریانی مناسب در مذاب می باشد. در شکل 6، یک قالب گیری شات کوتاه، مشاهده می شود. عمل جت ایجاد شده، که به دلیل وجود گیت ها ایجاد می شود، به گونه ای است که مذاب به داخل حفرات باز، تزریق می شود و بدین صورت، تماس با سطح قالب کم می شود. با تغذیه ی مذاب بخش های کناری و با کمک یک مانع در گیت کناری (شکل 7)، جت می تواند قطع شود و بدین صورت، کل قالب پر شود. انتهای باریک تر منجر به پدیده ی جت پلی اتر اتر کتون تقویت شده با الیاف کربن می شود. مسئله ی ایجاد شده، با بزرگتر کردن سطح مقطع بخش پایینی، حل می شود. خطوط جوش (خطوط گره خوردگی) در جاهایی مشاهده می شود که قالب نیازمند بیش از یک گیت برای پر شدن است و یا قالب شامل بخشی است که مذاب را به داخل بخش ها، تقسیم می کند و سپس این جریان مذاب در بخش های جلویی به هم می پیوندند. این مسئله می تواند موجب بروز بخش های ضعیف در قطعه ی تولیدی شود، مخصوصاً برای پلیمرهای حاوی الیاف. شکل 9 نشاندهنده ی ایجاد خطوط جوش با پر شدن حفرات بوسیله ی دو گیت، می باشد. گیت ها در جلو و کنار قرار دارند. اگر ایجاد یک خط جوش، اجتناب ناپذیر باشد، سپس طراحی ابزار باید به گونه باشد تا اطمینان حاصل شود که میزان آسیب بالقوه، مینیمم گردد. با استفاده از نرم افزارهای قالب- جریان محل ایجاد خط جوش ممکن است تشخیص داده شود. به صورت عملی، استفاده از شات های کوتاه، می تواند اطلاعات مفیدی به ما دهد. شات های کوتاه ممکن است اطلاعات مفیدی در مورد الگوهای پر شدن قالب ها و تعیین مقدار مناسب شات، ارائه دهد. اندازه ی شات کوتاه می تواند به خوبی تحت فشار قرار گیرد و بنابراین علائم و حفرات را به خوبی نمایان می کند. در حقیقت، اندازه ی شات بزرگ، می تواند منجر به کج شدن و ایجاد گوشه های اضافی شود (شکل 10). سیستم حلقه و گردنده، باید از قطعه جدا شوند و این مسئله موجب بروز ضایعات زیادی می شود. بنابراین، گیت های بدون حلقه نیز مناسب می باشند و در حقیقت با استفاده از گیت های گردنده ی گرم، نازل ماشین عمل تزریق را به سمت قالب انجام می دهد. این کار از طریق گیت پینی انجام می شود. قالب گیری تزریقی با کمک گاز مزیت هایی را در زمینه ی تولید اجزای نسبت به روش قالب گیری تزریقی، دارا می باشد. افزایش کیفیت، کاهش زمان تولید و کاهش وزن قطعات و در نتیجه هزینه ی تولید، با استفاده از این روش، قابل حصول می باشد.
روش هایی با استفاده از گاز خنثای نیتروژن، توسعه یافته است. در این روش، مذاب از طریق گاز خنثی به داخل حفرات قالب، وارد می شود. با شکل دهی قطعه بوسیله ی گاز، این گاز موجب متورم شدن قطعه می گردد و با اثر شرینکیج ماده، مقابله می کند. این اثر موجب حفظ یک فشار داخلی بر روی ماده می شود که تا زمان انجماد آن، ادامه دارد. این مسئله مستقل از هر فرایند فریز شدن گیت می باشد. علاوه بر این، به دلیل اینکه در این روش، مواد نسبت به سطح غالب، فشرده می شوند، و این فشردگی با استفاده از گاز، تا زمان انجماد نمونه ادامه می یابد، قطعه ی قالب گیری شده، دارای سطح نهایی بهتری است و ابعاد آن نیز میزان انحراف و خطای کمتری دارد. در اجزای ضخیم تر، هسته ی توخالی منتج شده، می تواند تا 30 % صرفه جویی در میزان مواد مورد استفاده، داشته باشد. شکل 11 نشاندهنده ی هسته ای توخالی است که با استفاده از تزریق با کمک گاز، تولید شده است. این تصویر قطعه ای از یک کتری است که از جنس پلی پروپلین می باشد. مزیت اصلی دیگر در مورد کاهش در زمان سیکل ماشین کاری است که باید بر روی سطح نهایی قطعه، انجام می شد. بدون وجود هیچ انجمادی در هسته ی مذاب، ماده ی موجود در داخل حفره ی قالب، به سرعت جامد می شود و این مسئله موجب می شود تا قطعه، سریع تر از قالب خارج شود. BPF مزیت های قالب گیری با استفاده از گاز را به صورت زیر، بیان کرده است:
نیتروژن به عنوان یک گاز خنثی، در داخل پلاستیک مذاب موجود در حفره ی قالب، تزریق می شود. این گاز از داخل، موجب شکل گیری قطعه می شود، و این شکل گیری، مستقل از هرگونه سرمایش از طریق گیت است، بنابراین، گاز:
• قطعه را متورم می کند تا زمانی که از حالت مذاب به جامد تبدیل شود و از این رو، از ایجاد علامت بر روی قطعه، جلوگیری می شود.
• فشار داخلی را در یک حد معین بر روی ماده حفظ می کند تا زمانی که جامد شدن رخ دهد و پوسته ی قطعه در سطح قالب، تشکیل گردد.
• موجب کاهش وزن قطعه می شود و میزان برق مصرفی و زمان فرایند نیز کاهش می یابد.
• موجب کاهش فشار داخل قالب به میزان 70 % می شود و بنابراین، موجب کاهش نیروی مورد نیاز برای بستن قالب می شود. از این رو، قطعات بزرگتری را می توان با ماشین آلات به نسبت کوچکتر، تولید کرد.
• موجب کاهشش فشار داخل قالب می شود و از این رو، میزان سایش قالب، کم می شود.
• موجب کاهش تنش موجود در قالب می شود و بنابراین، موجب بهبود پایداری ابعادی می شود.
فدراسیون پلاستیک انگلیس (BPF) اطلاعات ارزنده ای در زمینه ی قالب گیری تزریق گاز را در سایت خود منتشر نموده است. علاوه بر این، این فدراسیون، اطلاعات خوبی در مورد سایر روش های شکل دهی پلاستیک های ترموست و ترموپلاست نیز ارائه کرده است. در سایت این فدراسیون، می توانید فایل های انیمیشن در مورد شکل دهی پلاستیک ها، را ببینید.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Introduction to polymer science and technology/ Mustafa Akay