L'equip bàsic peremmotllament per injeccióés una màquina d'emmotllament per injecció i un motlle d'injecció. La figura 1-2 mostra el procés d'emmotllament per injecció d'una màquina d'emmotllament per injecció de tipus cargol.
Principi d'emmotllament per injecció
△Flux del procés d'emmotllament per injecció
El principi és que s'afegeix plàstic granular o en pols al barril de la màquina d'emmotllament per injecció, s'escalfa i es fon, i després l'alta pressió i l'alta velocitat del cargol de la màquina d'emmotllament per injecció empenyen el plàstic fos a través del broquet a l'extrem frontal del canó i l'injecta ràpidament a la cavitat tancada del motlle [Fig . 1-2(a)). La massa fosa que omple la cavitat es refreda i es solidifica a pressió per mantenir la forma donada per la cavitat [Fig . 1-2(b)]. A continuació, s'obre el motlle i s'extreu el producte [Fig. 1-2(c)].Durant el procés d'emmotllament per injecció, el plàstic experimenta una sèrie de canvis, que inclouen l'estovament, la fusió, el flux, la conformació i la solidificació.
(Figura 1-2 Principi d'emmotllament per injecció de la màquina d'injecció de tipus cargol)
Suavització i fusió:
La figura 1-4 mostra l'estructura del canó i el cargol d'una màquina d'emmotllament per injecció. Com que s'instal·la un escalfador circular a l'exterior del canó, el plàstic es fon a mesura que avança sota la rotació del cargol i, finalment, s'injecta al motlle a través del broquet.
(L1-Secció d'alimentació; L2-Secció de compressió; L3-Secció de mesura; h1/h2-Relació de compressió; D-Diàmetre del cargol)
El plàstic pateix els següents canvis durant el procés d'ompliment del motlle:
Abans que el cargol giri (L2), la temperatura i la pressió de la vareta de cargol són relativament baixes a causa de la reducció del volum de fusió causada pel material que entra a la cavitat del motlle (L1). Després de girar el cargol (L3), la temperatura del plàstic ha arribat a la temperatura de fusió i s'ha fos. Per garantir la qualitat del producte, el plàstic s'ha de fondre completament abans de tornar-se a fondre-. En aquest moment, si el plàstic ja ha entrat a l'etapa de compressió amb un cert grau de fusió, el seu efecte de desgasificació es veurà molt afectat.
Encara que la quantitat (L3) segueix sent el mateix, a causa de les diferents profunditats de ranura del cargol h₀, el plàstic experimentarà diferents graus d'acció de cisalla durant el procés de rotació del cargol, per tant el grau de plastificació variarà.
En resum, sota el mateix cicle d'emmotllament, el grau i la qualitat de la fusió del plàstic es veuran afectats pel contingut de gas i la qualitat de fusió del cargol:
① La longitud efectiva del cargol és directament proporcional (augmenta): L/D=22-25.
② La relació de compressió del cargol: h₁/h₂=2.0-3.0 (generalment 2,5).
③ La part de compressió del cargol és relativament proporcional: L₁/L₂=40%-60%.
Com que el valor és massa gran, el temps de residència del material també augmentarà i la rotació del cargol enviarà contínuament el plàstic fos. En aquest moment, el plàstic continuarà fluint a la cavitat del motlle sota pressió, i després en un cicle d'emmotllament (sense intervenció externa abans que el cargol comenci a avançar). Després que el cargol giri, avançarà sota l'acció de la força mecànica, compactant gradualment el plàstic i injectant-lo a la cavitat del motlle. En l'instant anterior, la seva fusió serà sotmesa a una ràpida compressió (anomenada compressió instantània), que pot provocar fàcilment la cristal·lització i provocar defectes. L'ús d'una injecció lenta pot evitar la cristal·lització (cristal·lització completa, fent-la completament amorf a causa del refredament ràpid).
Flux:
Quan la massa fosa s'injecta a la cavitat del motlle a alta pressió i alta velocitat, es produiran dos fenòmens durant el procés d'injecció. Una és que el plàstic en contacte amb la paret del motlle en estat fos es solidificarà i formarà una capa fina a causa del ràpid refredament causat pel contacte amb la superfície de la cavitat del motlle. Aquesta capa prima s'anomena capa congelada (o anomenada capa congelada instantània), que farà que la temperatura del propi plàstic fos disminueixi (principalment a causa de la influència de la pèrdua de calor latent de cristal·lització). Per exemple, en el polietilè, la calor latent de cristal·lització alliberada durant el procés de refredament de la fosa a través de la paret del motlle pot arribar als 50 graus o més. Per tant, després que la fosa ompli tota la cavitat del motlle i torni a un estat urgent, la temperatura disminuirà. La segona és que una part més gran del plàstic fos continuarà mantenint la seva direcció de flux i patirà un flux invers.
Com es pot veure a la figura 1-5, quan la fosa està en contacte amb la paret de la cavitat del motlle, produirà una capa congelada i es generarà un cabal més ràpid a la part central lluny de la cavitat. El plàstic fluirà en capes a la zona entre la capa congelada i la paret de la cavitat. Després que el plàstic passi en aquest estat i es refredi i es conformi en un producte, la capa encara existirà al producte modelat en una direcció paral·lela i una direcció vertical, donant lloc a diferències de resistència i duresa del producte, que existiran durant les etapes d'alliberament i conformació del producte modelat.
1 - Màquina d'emmotllament per injecció; 2 - Motlle d'injecció de resina (composat en realitat pel corredor principal i la porta);
3 - Motlle (dins de la cavitat); 4 - La peça amb un cabal més ràpid al centre;
5 - La part amb un cabal molt lent al llarg de la paret de la cavitat; 6 - Molècules de resina orientades i estirades;
7 - Molècules de resina que s'entrellacen.
Formació i curat:
Quan s'injecta plàstic fos, entra al motlle a través d'un broquet, pren forma i després es refreda i es solidifica per convertir-se en el producte acabat. Tanmateix, el temps real que triga el plàstic fos a omplir el motlle és de diversos segons, cosa que dificulta molt observar el procés d'ompliment.
L'enginyer nord-americà Stevenson va utilitzar la simulació per ordinador per representar el procés d'ompliment d'una porta de cotxe de polipropilè que s'està modelant amb un motlle de canal calent amb dues portes i va calcular el temps d'injecció (és a dir, el temps d'ompliment), la línia de soldadura i la força de tancament requerida. La figura 1-6 il·lustra el model obtingut a partir de la seva simulació. El flux i l'estat d'ompliment de la fosa de la figura 1-6 no és significativament diferent del que es va imaginar i pot reflectir amb precisió el procés d'ompliment real de la porta d'un cotxe.
Existeixen molts mètodes per simular el flux dels processos d'emmotllament per injecció (com ara el mètode FAN, el sistema de simulació CAIM i el sistema de simulació Moldflow). Aquests mètodes de simulació s'utilitzen actualment per predir el procés d'ompliment de plàstic fos en un motlle, amb l'objectiu d'un disseny de motlle més racional i la selecció de la ubicació o el tipus de la porta.
Després de donar forma al plàstic fos, entra al procés de solidificació. El principal fenomen que es produeix durant la solidificació és la contracció, que es produeix simultàniament a causa del refredament i la cristal·lització. La figura 1-7 mostra la contracció de tres tipus de polietilè amb diferents cristal·linitats a mesura que disminueix la temperatura.
(a-PE amb una densitat relativa de 0,9645; b-PE amb una densitat relativa de 0,95; c-PE amb una densitat relativa de 0,918; d-Corbes de velocitat de refredament: C1, C2, C3-tots tres tenen la mateixa velocitat de refrigeració.)