UMETNOST BRIZGANJA by IRT3000 magazine

UMETNOST BRIZGANJA AVTOR HENRIK

PRIVŠEK UREDNIK MATJAŽ ROT

Avtor: Henrik Privšek Urednik: Matjaž Rot

UMETNOST BRIZGANJA 2. izdaja

Naslov dela:

UMETNOST BRIZGANJA - 2. izdaja

Izdajatelj in založnik: PROFIDTP, d. o. o., Škofljica Avtor: Henrik Privšek Urednik:

Matjaž Rot (matjaz@irt3000.si)

Jezikovni pregled:

Kristina Mlakar Pučnik, Littera medica, d. o. o.

Računalniški prelom: CAMERA d. o. o., Ljubljana Oblikovanje ovitka:

Ilumino, Zlatko Levačič s. p., Škofljica

Naklada:

150 izvodov

Tisk:

CAMERA d. o. o., Ljubljana

Maloprodajna cena:

29,00 €

CIP - Kataložni zapis o publikaciji Narodna in univerzitetna knjižnica, Ljubljana 678.073.027.74(035) PRIVŠEK, Henrik Umetnost brizganja / Henrik Privšek, Matjaž Rot. - 2. izd. - Škofljica : Profidtp, 2018 ISBN 978-961-94025-3-5 1. Rot, Matjaž 293379840

©PROFIDTP, d. o. o., Škofljica To delo je avtorsko. Vse pravice so pridržane, v delih, odlomkih, poglavjih ali celoti, tako za kopiranje, prevajanje, uporabo ilustracij, predvajanje, reprodukcijo na mikrofilm ali drugih tehnikah za arhiviranje v različnih računalniških tehnikah (analogno ali digitalno). Kopiranje tega dela v celoti, posameznih poglavij, odlomkih ali delih so dovoljena v skladu z zakonom izključno z dovoljenjem izdajatelja knjige. Neupoštevanje zgoraj omenjenih zahtev bo izdajatelj knjige uveljavljal preko sodišča.

UVOD

ričujoče gradivo je sestavljeno iz treh delov: Tehnične zahteve za plastični material, Vpliv parametrov predelave plastičnega materiala na kakovost izdelka ter Napake pri brizganju in njihovo preprečevanje. Je del obsežnega gradiva Vodenje procesa predelave termoplastičnih materialov s tehnologijo brizganja po programu Q21/2, ki je po letu 1990 potekal v naši tovarni Saturnus AO, da zadostimo potrebam vse zahtevnejšega tržišča. Leta 2007 je del tega gradiva začel izhajati tudi v reviji IRT pod naslovoma S pravilno izbiro materiala do dobrega izdelka in Najpogostejše napake pri predelavi termoplastov s tehnologijo brizganja. V tem gradivu je predstavljena problematika termoplastov z namenom, da se strokovnemu osebju, ki je vključeno v proces izdelave plastičnih izdelkov, olajša odpravljanje predelovalnih težav in izboljša obvladovanje proizvodnega procesa. To gradivo je torej namenjeno zelo širokemu krogu strokovnih delavcev, in sicer delavcem v razvojnem oddelku, ki snujejo nove plastične izdelke, konstruktorjem orodij, orodjarjem, vodjem proizvodnega procesa brizganja, tehnologom brizganja, preddelavcem, pripravljavcem materiala, delavcem oddelka za kakovost, pa tudi komercialno tehničnemu osebju, ki mora svojim poslovnim partnerjem in upravnim uslužbencem pogosto posredovati tehnične informacije o predelavi plastičnih mas. Potrebna znanja lahko vsak zainteresirani posameznik dopolnjuje z vsebinami, ki jih dajejo proizvajalci materialov in strojev. Pridobivanje ustreznih priporočil za pravilen izbor materiala, oblikovanje izdelka, izdelavo orodja ter za pravilno določitev in vodenje celotnega tehnološkega postopka priprave in predelave materiala ter obdelave plastičnih izdelkov mora potekati zelo sistematično in celovito. Pridobljene informacije vnašamo v ustrezne obrazce. Na podlagi teh informacij izdelamo celotno tehnološko dokumentacijo, ki mora vsebovati jasne, dobro opredeljene tehnološke postopke, sicer je proizvodni proces neobvladljiv, proizvodno osebje pa je pri reševanju nesporazumov, nejasnosti in ponavljajočih se težav preveč obremenjeno. V pričujočem gradivu sta predstavljena le dva ključna obrazca, in sicer: Tehnične zahteve za termoplastični material ter Tehnološka priporočila za termoplastični material. Pri sestavljanju gradiva so mi bile v veliko pomoč tehnične publikacije znanih evropskih proizvajalcev strojev in materialov: Ankerwerk, Mannesmann Demag KT, Krauss Maffei, Engel, Bayer, B.A.S.F., G.E.P., DuPont, Degussa AG, Röhm in mnogi drugi, ki so bili vedno pripravljeni posredovati želene informacije. Uporabljena literatura je navedena na koncu knjige. Henrik Privšek

III

O AVTORJU

edno sem imel težave s časom. Brskam po spominu in se skušam spomniti, kdaj sem se prvič srečal s Henrikom Privškom. Zdi se, kot da je bilo verjetno pred nekaj leti. A pisalo se je leto 1995, ko sem se na strojni fakulteti pri diplomskem delu prvič resneje lotil področja plastike in tehnologije brizganja. Minili sta torej že več kot dve desetletji. Henrik je bil vodja razvojnega oddelka plastike v podjetju Saturnus Avtooprema. Z ekipo sodelavcev je vodil celoten tehnološki razvoj orodij, njihov zagon in odpravljal vse težave, ki so se pojavljale v proizvodnji brizganih izdelkov na več kot 50 strojih z razponom zapiralnih sil od 25 do 1300 ton. Po nekaj srečanjih mi je postalo jasno, da pri Henriku vedno dobim odgovore na vsa vprašanja, še več, odgovore skupaj s temeljito razlago. Ta pristop mi je pri Henotu, kot ga prijatelji kličemo, najbolj všeč. Človek, vpet v svoj vsakdanji delovni proces, ki jih neredko spremlja množica težav, si je vedno pripravljen vzeti čas in se povsem posvetiti problemom drugih. Ne samo to, s svojim bogatim znanjem in nešteto izkušnjami ne strese enostavčne rešitve iz rokava in se tako reši sogovornika. Vedno najprej ponudi razlago, šele potem rešitev in prav pogosto posredovano znanje in informacije rešijo še tako kompleksen problem. Kako tudi ne bi, Henrik je »v plastiki preživel« 40 let. Že daljnega leta 1962 se je srečal s tehnologijo brizganja v tovarni Saturnus Avtooprema. Od takrat pridno beleži in zapisuje vse, kar se navezuje na omenjeno tehnologijo. Svoja spoznanja in zapiske nesebično razdaja med mlade in jim želi olajšati delo. Vedno se je zavzemal za to, da bi manj izkušeni kolegi prejeli že usvojeno podlago in stopili korak naprej, ne pa se ukvarjali s problemi, ki jih je sam že rešil. V zadnjem obdobju njegovega aktivnega dela je Tehnološki center orodjarstva Slovenije (TECOS) organiziral številne izobraževalne seminarje, na katerih je Henrik svoje znanje delil med druge inženirje. V reviji IRT3000 so objavljeni številni njegovi strokovni prispevki, skratka, nabralo se je ogromno gradiva, za katerega bi bilo škoda, da ni v pregledni obliki na voljo strokovni javnosti. Pred vami je knjižno delo, ki vsebuje večino praktičnih ugotovitev iz »Henrikove zbirke«. Knjiga je edinstvena, je edino knjižno delo v avtorjevem maternem jeziku, posvečeno tehnologijam brizganja plastičnih mas. Knjige ne boste zgolj prebrali, postala bo vaš pomočnik, ki vas bo vodil do rešitve izziva. Edinstvenost pristopa tovrstnega podajanja vsebine po vzoru priročnika zaokroži zadnja platnica, v kateri boste našli velik kažipot. Na njem sta seznam pogostih napak, ki se lahko pojavijo pri brizganju, in pot do odprave teh napak. Takega kažipota ta hip ne premore nobena druga tovrstna literatura na svetu. Henrik, hvala, ker si vedno pripravljen nesebično razdajati svoje znanje med mlade, in hvala za vso pomoč pri ustvarjanju tega dela. Matjaž Rot urednik

POKROVITELJI

KMS, d.o.o. Poslovna cona A 34, 4208 Šenčur

TERA, d.o.o. Tolmin Volče 138a 5220 Tolmin

TOP TEH, d.o.o. Cesta Toneta Kralja 26 1290 Grosuplje

Industrijski forum IRT Motnica 7 A 1236 Trzin

Uniplast inženiring, d.o.o. Pod Hruševco 46 c 1360 Vrhnika

BASF Slovenija, d.o.o. Dunajska cesta 111 1000 Ljubljana

ARBURG GmbH+Co KG Postfach 1109 D-72286 Lossburg, Nemčija

Biesterfeld Interowa GmbH & Co KG Bräuhausgasse 3 1050 Wien, Avstrija

ROBOS, d.o.o. Brnčičeva 31 1231 Ljubljana – Črnuče

TECOS Kidričeva ulica 25 3000 Celje

LAKARA, d.o.o. Zminec 20A 4220 Škofja Loka

RD PICTA tehnologije d.o.o. Žolgarjeva ulica 2 2310 Slovenska Bistrica

FANUC Adria d.o.o. Ipavčeva 21 3000 Celje

KERN d.o.o. Hrpelje 41 6240 Kozina

Iskra AMS d.o.o. Savska loka 4 4000 Kranj

SAX Polymers Industrie GmbH Lichtblaustraße 8 1220 Dunaj, Avstrija

Meusburger Georg GmbH & CO KG Kesselstr. 42 6960 Wolfurt, Avstrija

PROFIDTP, d.o.o. Gradišče VI 4 1291 Škofljica

Vsebinsko kazalo 1 TEHNIČNE ZAHTEVE ZA TERMOPLASTIČNI MATERIAL.................................................. 1 1.1 Izbira materiala za nek namen.................................................................... 2 1.2 Določanje lastnosti materiala...................................................................... 2 1.3 Opis standardov za ugotavljanje lastnosti termoplastičnih materialov.... 3 1.3.0 Določanje posebnih lastnosti................................................................... 9 1.3.1 Določanje predelovalnih lastnosti (1 do 5)............................................ 9 1.3.2 Določanje mehanskih lastnosti termoplastičnih materialov (6 do 29)................................................................................ 16 1.3.3 Določanje toplotnih lastnosti (30 do 47).............................................. 33 1.3.4. Določanje električnih lastnosti (48 do 56)........................................... 54 1.3.5 Določanje splošnih lastnosti (57 do 59)................................................ 60 1.3.6 Določanje specifičnih lastnosti (60 do 62)........................................... 64 1.3.7 Določanje optičnih lastnosti (63 do 65)................................................ 68 1.3.8 Dodatne zahteve (66).............................................................................. 71 1.4 Preglednica nekaterih tehničnih lastnosti termoplastičnih materialov... 72

2 VPLIV PARAMETROV PREDELAVE TERMOPLASTIČNEGA MATERIALA NA KAKOVOST IZDELKA..................................................................... 77 2.1 Vpliv materiala in njegove priprave na kakovost izdelka......................... 79 2.1.1 Priprava dokumentacije.......................................................................... 79 2.1.2 Skladiščenje materiala............................................................................. 79 2.1.3 Sušenje....................................................................................................... 81 2.1.4 Mletje......................................................................................................... 85 2.1.5 Mešanje osnovnega in mletega materiala............................................. 86 2.1.6 Izločanje kovinskih delcev...................................................................... 86 2.1.7 Ciklonsko izločanje prahu...................................................................... 87 2.1.8 Barvanje.................................................................................................... 87 2.1.9 Homogenizatorji taline........................................................................... 88 2.1.10 Označevanje materiala............................................................................ 89 2.1.11 Transport materiala iz sušilnice do strojev........................................... 89 2.1.12 Dnevno urejanje prostorov priprave materiala.................................... 89 2.1.13 Napake pri pripravi materiala-povzetek............................................... 90

2.2 Vpliv orodja in njegove priprave na kakovost izdelka.............................. 92 2.2.1 Priprava dokumentacije.......................................................................... 92 2.2.2 Parametri orodja...................................................................................... 92 2.2.3 Napake orodja.......................................................................................... 93 2.3 Vpliv stroja in njegove priprave na kakovost izdelka............................... 96 2.3.1 Priprava dokumentacije.......................................................................... 96 2.3.2 Čiščenje cilindra za taljenje materiala................................................... 96 2.3.3 Parametri stroja........................................................................................ 97 2.4 Razmerje med pripravo, predelavo in strukturo materiala ter kakovostjo izdelka.............................................................................. 140 2.5 Preglednice tehnoloških priporočil......................................................... 140

3 NAPAKE PRI BRIZGANJU IN NJIHOVO PREPREČEVANJE............................................................................ 151 3.1 Najpogostejše napake pri predelavi termoplastov.................................. 153 3.2 Ugotavljanje notranjih napetosti in orientiranosti................................ 218 3.2.1 Priporočila za izbiro agresivnih snovi za ugotavljanje napetosti.... 220 3.2.2 Preprečevanje notranjih napetosti...................................................... 222 3.2.3 Odpravljanje notranjih napetosti (tempranje).................................. 223 3.2.4 Kondicioniranje..................................................................................... 224 3.3 Obrazec Napake v proizvodnem procesu................................................ 224 3.4 Preglednica napak in možnih vzrokov

Literatura ...................................................................................................... 227

VII

1 TEHNIČNE ZAHTEVE ZA TERMOPLASTIČNI MATERIAL 1.1 Izbira materiala za nek namen 1.2 Določanje lastnosti materiala 1.3 Opis standardov za ugotavljanje lastnosti termoplastičnih materialov 1.4 Preglednica nekaterih tehničnih lastnosti termoplastičnih materialov

TEHNIČNE ZAHTEVE ZA TERMOPLASTIČNI MATERIAL

1.1 IZBIRA MATERIALA ZA NEK NAMEN Če želimo narediti izdelek z dolgo dobo uporabnosti in ustrezno funkcionalno zanesljivostjo, moramo zanj izbrati tak material, ki bo ustrezal vsem pogojem uporabe in bo imel točno opredeljene fizikalne (mehanske, toplotne, električne, splošne, specifične), kemične, predelovalne (indeks tečenja, skrček) in posebne lastnosti. Pri izbiri materiala moramo upoštevati še konstrukcijska priporočila, okoljevarstvene in zdravstvene zahteve, transportne zahteve in ekonomske zahteve. Vse te lastnosti, zahteve in priporočila opredelimo z obrazcem Tehnične zahteve za termoplastični material, ki ga dodajamo v nadaljevanju. Lastnosti so oštevilčene in po tem vrstnem redu bo sledila tudi njihova razlaga. Pojasnjene bodo še druge tehnične zahteve, kot so: transport, skladiščenje, ekološke zahteve itn.

1.2 DOLOČANJE LASTNOSTI MATERIALA Omenjene lastnosti so opredeljene z različnimi standardi, ki jih proizvajalci materialov zelo svobodno izbirajo. Ti standardi pogosto med seboj niso primerljivi. Zaradi velikega števila med seboj neprimerljivih standardov je uporabnik materialov velikokrat pred težavo, po katerih standardih naj opredeli zahteve za material, ki ga želi uporabljati. Običajno je tako, da upošteva kar tiste standarde, ki jih uporablja nek proizvajalec. To pa pomeni, da mora kupec materialov obvladovati kontrolne postopke vseh svojih dobaviteljev, ki so zelo številni. Zaradi lažjega sporazumevanja med proizvajalcem in uporabnikom plastičnih materialov, pa tudi zaradi boljše medsebojne primerljivosti materialov različnih proizvajalcev je že veliko let prisotna želja po poenotenju standardov za opredeljevanje lastnosti materialov. Tako so leta 1988 štiri velika podjetja: BASF, Bayer, Hüls in Hoechst izdelala poenoten sistem CAMPUS. Do danes je doživel že nekaj sprememb. V tem gradivu je predložena različica CAMPUS, ki temelji na standardu DIN EN ISO 10350. Ime CAMPUS pomeni: Computer Aided Material Preselection by Uniform Standards. Ta sistem je priporočilo vsem proizvajalcem plastičnih mas, da za definiranje lastnosti svojih materialov upoštevajo izbrane standarde, saj je tudi dobre poznavalce begalo veliko število standardov in

~ T EHN I Č NE

Z AHT E V E~

postopkov za določanje nekaterih lastnosti. Tako je na primer samo za udarno žilavost po DIN, ISO in ASTM v rabi 33 različnih preizkusov, ki se med seboj razlikujejo po obliki in dimenzijah epruvete in pogojih preizkušanja. K temu sistemu pristopa čedalje več proizvajalcev. Trenutno je še vedno premalo podatkov o materialih, ki bi temeljili na priporočilih sistema CAMPUS, zato je v prehodnem obdobju še vedno treba upoštevati starejše metode opredeljevanja lastnosti. V nadaljevanju je priložen obrazec Tehnične zahteve za plastični material z navedenimi standardi, priporočenimi v sistemu CAMPUS. V tem obrazcu so navedeni tudi taki standardi (zlasti za optične karakteristike), ki jih sistem CAMPUS ne vsebuje. Le-te so vključene zaradi specifike posameznih izdelkov in jih določa proizvajalec izdelkov glede na uporabnostne zahteve izdelka. Številčna oznaka pred lastnostjo je zato, da v nadaljnem besedilu lažje najdemo razlago standarda. Ožji izbor standardov po sistemu CAMPUS je za redni operativni nadzor kakovosti prejetega materiala še vedno preobsežen. Zato se proizvajalec in kupec materiala dogovorita za še ožji izbor standardov, po katerih se bodo operativno nadzorovale tehnične lastnosti materiala ob vsaki pošiljki. Ti standardi so v obrazcu »Tehnične zahteve« označene z znakom (+). V interesu kupca je, da so standardi izbrani iz sistema CAMPUS, vendar je med partnerjema mogoč tudi drugačen dogovor. Pri opredeljevanju tehničnoprevzemnih pogojev se proizvajalec zavezuje, da k vsaki pošiljki materiala priloži certifikat z meritvami vrednosti po dogovorjenih standardih. Poleg v certifikatu navedenih vrednosti proizvajalec jamči, da so tudi druge vrednosti, ki so navedene v zahtevah, v predpisanih mejah. Če med predelavo materiala ugotovimo, da kakovost materiala kljub ustreznemu certifikatu ni primerna, pristopimo k obsežnejšim meritvam drugih lastnosti in raziskavam vzrokov za proizvodne težave. V primeru odkritja napake sprožimo reklamacijski postopek.

1.3 OPIS STANDARDOV ZA UGOTAVLJANJE LASTNOSTI TERMOPLASTIČNIH MATERIALOV PO SISTEMU CAMPUS (standard DIN EN ISO 10350) O materialu, ki ga uvajamo v proizvodni proces, moramo vedeti vse, kar je pomembno za uporabnost izdelka in predelavo v proizvodnem procesu. Če njegove lastnosti ustrezajo uporabnostnim in tehnološkim zahtevam, je material prav izbran. Če pa ne ustrezajo, moramo, še pred začetkom serijske proizvodnje izdelka, izbrati drug, primernejši material. Ustreznost preverjamo s temeljitim preizkušanjem vzorčne količine materiala in šele nato naročimo nekoliko večjo količino materiala za prototipno serijo. Sledi opis lastnosti in standardov po vrsti od 1 do 66, kot so nanizani v Obrazcu 1.1:

4 MPa MPa % % MPa MPa % MPa MPa

MEHANSKE LASTNOSTI E-modul natezni natezna napetost lezenja raztezek lezenja nominalni raztezek pretrganja napetost pri 50-% raztezku natezna trdnost pretrganja raztezek pretrganja modul natezni lezenja modul natezni lezenja

6* 7* 8* 9* 10* 11* 12* 13* 14*

(1 mmmin-1) (50 mmmin-1) (50 mmmin-1) (50 mmmin-1) (50 mmmin-1) (5 mmmin-1) (5 mmmin-1) 1h 1.000 h

ml/10 min ml/10 min g/10 min % %

PREDELOVALNE LASTNOSTI indeks tečenja taline – vrednost 1 – MVR indeks tečenja taline – vrednost 2 – MVR indeks tečenja taline – MFR skrček – vzdolžni skrček – prečni

Obrazec 1.1: Tehnične zahteve za termoplastični material ISO 899-1

ISO 3167 tip A – brizgana tip B – strojno obdelana ISO 291

60 x 60 x 2

ISO 294-4

ISO 527-1 ISO 527-2

granulat

Epruveta [mm]

ISO 1133

Vrednost - toleranca Standard

raztezek ≤ 0,5 %

samo, če je določljiva nap. 7* samo, če nap. 7*ni določljiva samo, če nista določljivi nap. 10* in 7; 12* < 10 %

23 °C/50 % r. vl. pri raztezku 0,05-0,25 %

°C/kg: °C/kg: °C/kg: epruveta po ISO 294-3 tip D2

Pojasnila

brezbarven ( ), prevoden ( ), antistatičen ( ), samogasen ( ), za galvaniziranje ( ), modificiran proti udarcem ( ), svetlobno stabilen ( ), vremensko stabilen ( ), toplotno stabilen ( )

− posebne lastnosti: Enota

ekspanzijska sredstva ( ), mazalna in drsna sredstva ( ), antistatiki ( ), sredstva za snemanje ( ), deaktivator metalov ( ), sredstva za samogasnost ( ), mehčala ( ), polnila ( )

KODA:

Klas. št.:

Q št.:

− aditivi:

TEHNIČNE ZAHTEVE ZA TERMOPLASTIČNI MATERIAL

+1* 2* 3 4* 5*

Št.

POSEBNE LASTNOSTI

MATERIAL:

Podjetje:

1 ~ T EHN I Č NE Z AH T E V E~

N J

°C °C °C °C °C

E-modul upogibni upogibna napetost – 3,5 % robni raztezek raztezek upogibni – pri zlomu krogelna trdota trdota Rockwel HR (skala L, M, R) trdota Shore HSh (skala A, D) sila prebijanja pri + 23 °C in – 30 °C energija prebijanja pri + 23 °C in – 30 °C

TOPLOTNE LASTNOSTI talilna temperatura Tm temp. steklastega prehoda temp. držanja oblike HDT/A temp. držanja oblike HDT/B temp. držanja oblike HDT/C

30* 31* 32* +33* 34*

(DSC ali DTA) (DSC ali DTA) (1,80 MPa) (0,45 MPa) (8,00 MPa)

MPa MPa % MPa

Jm-1 kJ/m2 kJ/m2 MPa

24 25 26 27 28 29 /* /*

(+23 °C) (+23 °C) (–30 °C)

zarezna udarna žilavost – ASTM Izod-zarezna udarna žilavost Izod-zarezna udarna žilavost upogibna trdnost

Enota kJ/m2 kJ/m2 kJ/m2 kJ/m2 kJ/m2

20 21 22 23

(+23 °C) (–30 °C) (+23 °C) (–30 °C) (+23 °C)

Charpy – udarna žilavost Charpy – udarna žilavost Charpy – zarezna udarna žilavost Charpy – zarezna udarna žilavost natezna zarezna udarna žilavost

Št. +15* +16* 17* 18* 19*

ISO 11357-1 in 3 ISO 11357-1 in 2 ISO 75-1 in 2

ISO 2039 ASTM 785 ISO 868 ISO 6603-2

ISO 178

ASTM 256 ISO 180-1A

110 x 10 x 4

10 °C min-1

60 x 60 x 2

80 x 10 x 4

za toge materiale

R za mehke, M za trde A za mehke, D za trde

dvojna V-zareza 45°, r = 1 mm (ISO 2818)

ISO 8256-1

Pojasnila uporabiti srednji del epruvete ISO 3167 V-zareza, r = 0,25 mm; glej ISO 2818 (če je 15* b. l.)

Epruveta [mm] 80 x 10 x 4

ISO 179-1eA

ISO 179-1eU

Vrednost - toleranca Standard

~ T EHN I Č NE Z AHT E V E~

ELEKTRIČNE LASTNOSTI dielektrična konstanta dielektrična konstanta dielektrični faktor izgub dielektrični faktor izgub specifična prevodna upornost specifična površinska upornost električna prebojna trdnost primerjalno št. plazečega toka CTI primerjalno št. plazečega toka CTI-M

48* 49* 50* 51* 52* 53* 54* 55* 56

(100 Hz) (1 MHz) (100 Hz) (1 MHz)

Vicat-temp. mehčanja VST/A/50 (10 N) Vicat-temp. mehčanja VST/B/50 (50 N) dolgotrajna temperatura uporabe (RTI) kratkotrajna temperatura uporabe spodnja temperatura uporabe linearni toplotni razteznostni koef., vzdolžni linearni toplotni razteznostni koef., prečni gorljivost HB pri debelini h gorljivost V2, V1, V0 pri debelini h gorljivosti 5V, 5VA, 5VB pri debelini h gorljivost – indeks kisika Preizkus z žarečo žico – GWT, GWFI, GWIT

Št. 36 37* 38 38a 38b 39* 40* 42* 43* 45* 46* 47

60 x 60 x 2 ≥ 60 x ≥ 60 x 1 ≥ 15 x ≥ 15 x 4

IEC 60093 IEC 60243-1 IEC 60112

Ώ·m Ώ kVmm-1 – –

60 x 60 x 2

80 x 10 x 4

IEC 60250

ISO 60695-11-20 ISO 4589-2

prevodna tekočina A prevodna tekočina B

IEC 60695-2-11 do 13

UL94

UL94 Stopnje HB, V-2, V-1, V-0

ISO 60695-11-10

125 x 13 x 125 x 13 x

(od 23 do 55 °C)

ISO 11359-1/2

Pojasnila

UL 746B

Epruveta [mm] ≥ 10 x 10 x 4

ISO 2578

ISO 306

Vrednost - toleranca Standard

E-4

Enota °C °C °C °C °C E-4/°C E-4/°C razred razred razred % °C

1 ~ T EHN I Č NE Z AH T E V E~

ml/g g/ml –

SPECIFIČNE LASTNOSTI 60* viskoznostno število 61* značilna gostota (samo za PE) 62* indeks izotaktičnosti (samo za PP)

DODATNE ZAHTEVE

barva

– % x – y – skala RAL

% % g/ml

SPLOŠNE LASTNOSTI 57* vpijanje vode 58* vpijanje vlage 59* gostota

OPTIČNE LASTNOSTI lomni količnik svetlobna prepustnost trikromatske koordinate:

Enota

Št.

EN 2155 - 3 DIN 5036 T3 DIN 5033

ISO 1872 6427 B

ISO 1183

ISO 62

Vrednost - toleranca Standard

ploščica 3 mm

80 x 80 x 1

granulat 10 x 10 x 4 granulat

≥ 10 x ≥ 10 x 4

Epruveta [mm]

svetlobni izvor A/2°

ISO 307 – 1157 – 1628

Pojasnila

~ T EHN I Č NE Z AHT E V E~

8 Datum:

Datum:

Nabava:

QS:

Razvoj:

Dobavitelj:

Kupec:

Pojasnila *: Z zvezdico so označene lastnosti, ki jih uporablja sistem CAMPUS. +: S + so označene lastnosti, za katere se kupec in dobavitelj dogovorita, da se zanje ob vsaki pošiljki izda certifikat o ustreznosti. Dobavitelj jamči stalno kakovost materiala glede na čistost, predelavo in navedene tehnične lastnosti. Del tehničnih zahtev so tudi tehnološka in konstrukcijska priporočila za predelavo materiala ter konstrukcijo izdelkov in orodij.

Pakiranje in transport

Dokumentacija o zdravstveni in ekološki neoporečnosti

1 ~ T EHN I Č NE Z AH T E V E~

~ T EHN I Č NE

Z AHT E V E~

1.3.0 DOLOČANJE POSEBNIH LASTNOSTI Z dodajanjem ustreznih dodatkov k osnovnemu polimernemu materialu pridobimo material z zahtevanimi ciljnimi lastnostmi, ki ustrezajo namenu uporabe izdelka. Vsi ti dodatki se morajo vpisati v obrazec (označiti z »x« v oklepaju), da lahko v primeru zdravstvene ali okoljevarstvene oporečnosti dodatkov pravilno ukrepamo.

1.3.1

DOLOČANJE PREDELOVALNIH LASTNOSTI (1 do 5)

1.3.1.1

Masni in volumenski indeks tečenja taline MFR IN MVR (1 do 3)

Masni indeks tečenja taline MFR je izražen v g/10min Volumenski indeks tečenja taline MVR je izražen v ml/10 min angleško: MFR = melt-mass-flow-rate MVR = melt-volume-flow-rate nemško: MFR = Schmelzindex MVR = Volumen-Fließindex Standard: DIN / ISO 1133 leto: februar 1993 Indeks tečenja po tem standardu je namenjen ocenitvi sposobnosti tečenja raztaljenih termoplastov. Indeks tečenja je izražen s količino mase, ki priteče v nekem času, pod neko obtežbo in pri neki temperaturi skozi šobo preizkusne naprave (Slika 1.1). Ta standard določa dva postopka merjenja, postopek A in postopek B. Pri postopku A odrezujemo v nekih časovnih intervalih strjen iztekajoči curek. Najmanj tri odrezke stehtamo in izračunamo srednjo vrednost indeksa MFR, izraženo v g/10 min. Po tem postopku lahko izračunamo tudi volumenski indeks MVR v ml/10 min, če je znana vrednost gostote taline pri temperaturi preizkusa. Pri postopku B ne odrezujemo curka mase, ampak avtomatsko merimo hod bata in pripadajoči čas hoda. Iz najmanj treh meritev

Slika 1.1: Slika reometra

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

izračunamo srednjo vrednost indeksa MVR izraženo v ml/10 min. V obrazcu Tehnične zahteve sta navedeni dve vrednosti indeksa MVR glede na dve različni obtežbi pri preizkusu. Postopek B se uporablja predvsem, ko zaradi premajhne iziroma prevelike količine iztekajoče mase postopek A ni primeren. Volumenski indeks tečenja je primeren za primerjavo tečenja polnjenih in nepolnjenih materialov. Indeksa tečenja MVR in MFR sta odvisna od strižne hitrosti taline. Pri tem postopku je strižna hitrost taline bistveno nižja od strižne hitrosti pri brizganju. Zato rezultati preizkusa niso v celoti primerljivi z dogajanjem pri brizganju. Kljub temu sta oba indeksa tečenja primerna za kontrolo kakovosti. Predvsem nazorno pokažeta, ali je material med šaržami v mejah dogovorjenih vrednosti glede tečenja taline. Za nekatere materiale (PA) ta postopek ugotavljanja viskoznosti ni primeren, zato se zanje uporabljajo druge metode določanja viskoznosti (glejte specifične lastnosti, št. 60). 1.3.1.2 Vzdolžni in prečni skrček (4 do 5) V skupino reoloških lastnosti, ki so na Obrazcu 1.1 Tehnične zahteve za termoplastični material, spada poleg že obravnavanih lastnosti tečenja taline tudi krčenje termoplastičnih materialov. Kaj je krčenje Krčenje je pojav pri ohlajanju vbrizgane mase v kalupu. Vzrok za krčenje, pa tudi za raztezanje, je termodinamično obnašanje materiala, ki je pogojeno s temperaturo in procesnim tlakom. Tako poznamo: - termično krčenje in raztezanje, ki sta posledica spremembe temperature, in - tlačno krčenje in raztezanje, ki sta posledica vpliva procesnega tlaka med brizganjem. S tema pojavoma nastane tako imenovani predelovalni skrček, ki ga proizvajalci materialov podajajo za svoje materiale. Določa se po dogovorjenih postopkih preizkušanja testnih epruvet neke debeline, ki so narejene v optimalnih pogojih brizganja. Vrednost skrčka, ki jo dobimo z meritvijo preizkusne epruvete v vzdolžni in prečni smeri tečenja taline, je opredeljena kot razlika med mero kalupne votline in mero izdelka 24 ur po razkalupljenju. Poleg predelovalnega skrčka poznamo še naknadni skrček, ki nastane kot posledica poznejšega urejanja neizkristaliziranega dela makromolekularne strukture in je prisoten predvsem pri delnokristaliničnih materialih. Naknadni skrček lahko opredelimo kot razliko med mero že ohlajenega izdelka in mero izdelka po tempranju pri neki temperaturi in po nekem času. Po tempranju lahko pričakujemo še 15- do 30-odstotno povečanje prvotnega skrčka. Vsota predelovalnega skrčka in naknadnega skrčka je celoten skrček.

~ T EHN I Č NE

Z AHT E V E~

Sistem CAMPUS predpisuje določanje predelovalnega in naknadnega skrčka po standardu ISO 294 (deli 1,3 in 4), kot je opisano v nadaljevanju: Standardi: ISO 294-1 (15. 12. 1996), ISO 294-3 (1. 6. 2001) in ISO 294-4 (15. 12. 2001)

)

Standard ISO 294-1 določa postopek izdelave preizkusne ploščice in pojasnjuje vse glavne parametre brizganja. Velik pomen pripisuje zagotavljanju ponovljivosti parametrov preizkušanja. Standard ISO 294-3 določa izvedbo dveh dvognezdnih orodij za izdelavo preizkusnih ploščic z merami 60 x 60 x 1 mm in 60 x 60 x 2 mm. Sistem CAMPUS uporablja ploščico debeline 2 mm. Na Sliki 1.2 je prikazana preizkusna ploščica s pripadajočim filmskim dolivkom.

Slika 1.2: Preizkusna ploščica tipa D2 debeline 2 mm

Standard ISO 294-4 predpisuje določanje predelovalnega, naknadnega in celotnega skrčka v vzdolžni in prečni smeri glede na smer tečenja taline. Vrednosti so podane v odstotkih in se izračunajo po naslednjih enačbah:

SMp = {(l0 – l1)/ l0}•100 SMn = {(b0 – b1)/ b0}•100 Spp = {(l1 – l2)/ l1}•100 Spn = {(b1 – b2)/ b1}•100

SMp - vzdolžni predelovalni skrček SMn - prečni predelovalni skrček Spp - vzdolžni naknadni skrček Spn - prečni naknadni skrček ST - celoten skrček l0, b0 - meri kalupne votline l1, b1 - meri ploščice po razkaluplenju in ohladitvi l2, b2 - meri ploščice po tempranju

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

Celoten skrček ni povsem enak vsoti predelovalnega in naknadnega skrčka, ampak se izračuna po enačbi: ST = SM + Sp - (SM • Sp) /100 V praksi običajno ni idealnih pogojev predelave. Zato se dejanska predelovalni in naknadni skrček običajno nekoliko razlikujta od laboratorijsko ugotovljenih skrčkov. V praksi se dogaja, da je kristaliničnost nepopolna, pojavi se nezaželena molekularna orientiranost, opažamo prisotnost močnih notranjih napetosti itn. Izdelek ima slabe mehanske, toplotne in druge fizikalne lastnosti ter nedopustna dimenzijska odstopanja zaradi nepredvidljivega krčenja in zvijanja. O tem bomo podrobneje pisali v tretjem delu pri napaki N.32. Določanje skrčka in možnega zvijanja spada med najtežje naloge pri konstruiranju in izdelavi orodja. V literaturi zasledimo le okvirne vrednosti za skrčke, ki pa jih smemo uporabiti le informativno, saj ne zajemajo vseh vplivov, ki odločajo o velikosti končnega skrčka. Ti so: pogoji predelave, vrsta polimera ter vrsta in količina polnil, geometrija izdelka, predvsem debelina sten, konstrukcija orodja ter mesto in oblika dolivne odprtine. Vpliv predelave na skrček Pri delnokristaliničnih materialih je pri visoki temperaturi orodja primarni skrček velik, naknadni skrček pa majhen.

čas naknadnega tlaka

tlak vbrizgavanja

temperatura orodja

temperatura taline

hitrost vbrizgavanja

SKRČEK

naknadni tlak

Slika 1.3: Vpliv parametrov predelave na skrček (Vir: Bayer)

~ T EHN I Č NE

Z AHT E V E~

Na splošno velja, da je skrček večji, če so: - majhna dolivna odprtina - velike debeline stene, - manjši tlak brizganja, - kratek čas naknadnega tlaka, - majhna hitrost brizganja, - višja temperatura orodja (za delnokristalinične materiale), - nižja temperatura orodja in - nižja temperatura taline (za amorfne materiale). Pojasnitev tega fenomena: Talina amorfnih materialov je pri višjih temperaturah zelo stisljiva. Zato je krčenje manjše. Vpliv materiala na skrček Skrček je zelo odvisen od materiala, zato moramo razlikovati krčenje amorfnih in krčenje delnokristaliničnih materialov. Amorfni materiali, kot so PS, ABS, PMMA, PC in drugi imajo sorazmerno majhen skrček, od 0,2 do 0,9 %. Ker imajo amorfni materiali izotropni značaj (v vseh smereh enake lastnosti), se v vseh smereh krčijo skoraj enako. To dejstvo nam zelo olajša določitev mer kalupne votline. Amorfni materiali, polnjeni s steklenimi vlakni, niso več izotropni, saj se zaradi usmerjenosti steklenih vlaken med brizganjem zgodi, da je skrček v vzdolžni smeri vlaken, torej v smeri brizganja, manjši kot v prečni smeri (pravokotno na smer brizganja). Te razlike so pri polnjenih amorfnih materialih razmeroma majhne. Povsem drugače se vedejo delnokristalinični materiali kot so PA, PBT, PET POM in drugi, ki imajo izrazit anizotropni značaj (različne lastnosti v različnih smereh) in še to posebnost, da je pri večini neojačanih delnokristaliničnih materialov skrček v vzdolžni smeri večji. Anizotropnost se še drastično poveča pri večini ojačanih delnokristaliničnih materialih, skrček pa je v smeri orientiranosti steklenih vlaken bistveno manjši od prečnega skrčka. Zato je pri teh materialih težko določiti pravi skrček. Računalniške simulacije krčenja so nam lahko pri takih materialih v veliko pomoč. Iz povedanega sledi naslednja odvisnost krčenja pri amorfnih in delnokristaliničnih materialih glede na orientiranost steklenih vlaken in makromolekul: Preglednica 1.1: Krčenje amorfnih in delno kristaliničnih materialov neojačani

Amorfni materiali ojačani

Delnokristalinični materiali neojačani ojačani

Vzdolžni skrček

manjši

večji

veliko manjši

Prečni skrček

večji

manjši

veliko večji

Ni odveč še enkrat opomniti, da v vseh primerih to ne velja, zato moramo preverjati velikost prečnega in vzdolžnega skrčka za vsako vrsto materiala posebej.

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

V Preglednici 1.2 so grafično predstavljene vrednosti prečnih in vzdolžnih skrčkov nekaterih amorfnih in delnokristaliničnih ojačanih in neojačanih materialov firme Bayer. Preglednica 1.2/33/: Slikovita predstavitev krčenja nekaterih Bayerjevih materialov v vzdolžni in prečni smeri Apec

KL1-9308

Apec GF 30

KU1-9312

Bayblend

T65 MN

Bayblend GF 20

T88 4N

Durethan A

A 30

Durethan A GF 30

AKV 30

Durethan B

B 30

Durethan B GF 30

BKV 30

Makrolon

2858

Makrolon GF 20

8025

Novodur

P2H-AT

Novodur GF 20

PHGV

Pocan

B1505

Pocan GF 30

B3235

Tedur GF 45 0,0

KU1-9511 0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2 1,4 Skrček [%]

1,6

1,8

2,0

2,2 2,4 2,6 vzdolžni prečni

Obe vrsti materialov, amorfni in delnokristalinični, imata v področju taline linearno odvisnost specifičnega volumna taline od temperature. Precejšnja razlika pa je v področju strjevanja. Zaradi kristalizacije delnokristaliničnih materialov med ohlajanjem taline v orodju se talina močno skrči. Z zniževanjem temperature specifični volumen pada eksponencionalno, medtem ko ohranijo amorfni materiali linearno razmerje med volumnom in temperaturo tudi v področju strjevanja. To dejstvo je vzrok za veliko večji skrček delno kristaliničnih materialov, kot ga imajo amorfni materiali (Slika 1.4). Glede na taka dogajanja pri ohlajanju in krčenju taline amorfnih in delnokristaliničnih materialov, morajo biti tudi pogoji predelave prilagojeni zakonitostim, ki jih narekujejo strukturne značilnost obeh vrst materialov. PVT diagram prikazuje odvisnost specifičnega volumna od tlaka in temperature. Pri hlajenju taline po izobari pridemo do prelomne točke, ki predstavlja točko steklastega prehoda Tg pri amorfnih materialih ter točko taljenja in začetek kristalizacije Tm pri delnokristaliničnih materialih. Postopek brizganja amorfnih in delnokristaliničnih materialov je opisan v drugem delu (poglavje P.15 do P.18).

~ T EHN I Č NE

delno kristalični 1 200 400 800 1.200

1,05 1,01

Specifični volumen [ccm/g]

amorfni

0,97 0,93

Z AHT E V E~

100 200 Temperatura [°C]

300

1,35

1 200 400 800 1.200

1,25

1,05

100 200 Temperatura [°C]

300

Slika 1.4/35/: p-v-T diagram za amorfne in delnokristalinične materiale

Skrček delnokristaliničnih materialov je odvisen tudi od hitrosti njihovega kristaliziranja. Iz slike 1.5 je razvidno, da ima material Pa66 Technyl A 221, ki kristalizira veliko hitreje kot material PA66 Technyl A 216 manjši skrček. Posebnost obeh materialov je, da imata enako krčenje v obe smeri, v vzdolžni smeri (A) in v prečni smeri (B), čeprav sta delno kristalinična materiala. Oba materiala sta brez steklenih vlaken. 10

Debelina stene [mm]

A in B

8 6 4

A 216

A 221 2 0

0,5

1,0

1,5 Skrček [%]

2,0

2,5

3,0

A — v smeri tečenja B — pravokotno na smer tečenja

Slika 1.5/26/: Krčenje dveh kristaliničnih materialov v odvisnosti od hitrosti njune kristalizacije

Vpliv debeline stene na skrček Vpliv debeline stene na skrček lahko preučujemo na ploščicah različnih debelin iz nekega neojačanega materiala PBT. Velikost ploščice je 100 x 100 mm in ima filmski dolivek po celotni stranici. Diagram velja za vzdolžni in prečni skrček. Z minerali polnjen material ima enako lastnost (Slika 1.6).

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

prečno

elina (mm)

Slika 1.6/9/: Vpliv debeline na skrček

Slika 1.7/9/: Vpliv orientiranosti steklenih vlaken na vzdolžni in prečni skrček

Vpliv orientiranosti in mesta dolivanja na skrček Na zahteve, ki izhajajo iz želenih mer izdelka, moramo biti zelo pozorni. Pri tem je pravilen izbor mesta in oblike dolivne odprtine zelo pomemben, saj je od mesta dolivanja odvisna usmerjenost makromolekul in ojačitvenih vlaken, kar neposredno vpliva na velikost in enakomernost krčenja. Slika 1.7 prikazuje vpliv orientiranosti steklenih vlaken pri nekem ojačanem delnokristaliničnem materialu PBT na prečni in vzdolžni skrček. Preizkušanec ima obliko kvadratne ploščice velikosti 100 x 100 mm. Preglednica skrčkov je priložena na koncu drugega dela knjige (Preglednica 2.11).

1.3.2 DOLOČANJE MEHANSKIH LASTNOSTI TERMOPLASTIČNIH MATERIALOV (6. do 29) V vsakodnevnem življenju uporabljamo večinoma plastične izdelke, pri katerih so najbolj pomembne mehanske lastnosti. Ti izdelki so pri uporabi obremenjeni z nateznimi, tlačnimi, upogibnimi ali drugimi mehanskimi obremenitvami. Obremenitve so bodisi kratkotrajne bodisi dolgotrajne. Glede na obremenitve, katerim je izdelek izpostavljen med uporabo, so se razvile številne metode laboratorijskega preizkušanja mehanskih lastnosti plastičnih materialov. Preizkušanja razkrivajo njihove viskoelastične lastnosti. To pomeni, da so deformacije, ki nastanejo med obremenitvijo preizkušanca, v enem območju elastične (reverzibilne oziroma povračljive), v drugem območju pa viskozne (plastične, ireverzibilne oziroma nepovračljive). Če obremenjujemo preizkušanec v območju manjših elastičnih deformacij, dobi preizkušanec po prenehanju obremenitve prvotno stanje brez deformacije. Če ga obremenjujemo v območju večjih plastičnih deformacij, pa bo preizkušanec po prenehanju delovanja obremenitve trajno obdržal del deformacije. Deformacije so zelo odvisne od temperature in časa delovanja obremenitve. To je razvidno iz postopkov preizkušanja, ki so opisani v nadaljevanju.

~ T EHN I Č NE

Z AHT E V E~

1.3.2.1 Natezne lastnosti – kratkotrajni preizkus (6 do 12) Sistem CAMPUS predpisuje določanje nateznih lastnosti po standardu DIN/ISO 527, prvi in drugi del. Natezni preizkus po teh standardih se izvaja s predpisano hitrostjo od 1 do 500 mm/min. Standard DIN/ISO 527, prvi del, opredeljuje različne natezne lastnosti, ki izhajajo iz nateznega preizkusa. Sistem CAMPUS povzema samo nekatere od teh lastnosti, in sicer: 6 – modul elastičnosti, 7 – natezna napetost lezenja, 8 – raztezek lezenja, 9 – nominalni raztezek pretrga, 10 – napetost pri 50-odstotnem raztezku, 11 – natezna napetost pretrga, 12 – raztezek pretrga. Drugi del standarda DIN/ISO 527 predpisuje obliko, mere in namen preizkusnih epruvet. Od namenskih epruvet 1 A, 1 B, 1 BA, 1 BB, 5 A, 5 B se prednostno uporabljata dve vrsti, in sicer 1 A in 1 B. Epruveta A je brizgana, epruveta B pa strojno obdelana. Potek preizkusa Preizkusna epruveta se vpne v preizkusno napravo. Epruveto se z izbrano konstantno hitrostjo razteguje z naraščajočo silo, dokler pri neki obremenitvi ali raztezku ne poči. Naprava med preizkusom samodejno izriše krivuljo odvisnosti raztezka od napetosti. Na ordinati odčitamo trenutno napetost σ, na abscisi pa tej obremenitvi pripadajoči raztezek ε oziroma spremembo dolžine preizkušanca Δl. Značilne krivulje napetosti in raztezka Iz nateznega preizkusa izhajajo štiri značilne krivulje (Slika 1.8). Krivulja a označuje lastnosti togih in krhkih amorfnih termoplastov, kot so na primer materiali PMMA in SAN. Krivulja je zelo strma, kar pomeni, da se tudi pri veliki obremenitvi preizkušanec le malo raztegne. Ko preizkušanec doseže kritični raztezek, ki εt εtM je navadno majhen, poči brez predhodnih εtB εtB znakov lezenja. σ σ Krivulja b označuje lastnosti nekaterih žilavih materialov, ki med nateznim preizkusom dosežejo neko točko σy na krivulji napetosti. V tej točki, ki jo imenujemo točka lezenja, začne material popuščati, vrednost napetosti padati, raztezek pa še naprej narašča. Nato sledi preobrat. Nekateri materiali imajo pri tako intenzivnem raztegovanju lastnost, da se makromolekule močno orientirajo. V smeri orientiranosti material močno ojača, tako da napetost pri nadalj-

σB σy

σM

σy σB σB σx σ2 σ1

σM

d ε1ε2

ε ε ε x% εMB y y ε

ε εMB

Slika 1.8: Značilne krivulje napetosti in raztezka

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

njem nateznem preizkusu ponovno narašča in preseže točko lezenja σy. V neki točki σM, ki je nad σy, pride do pretrga. V to skupino materialov spadajo na primer PA 6, nekatere vrste PP, nekatere vrste PE itn. Krivulja c označuje lastnosti nekaterih žilavih materialov, ki tudi dosežejo točko lezenja σy, nimajo pa te lastnosti, da bi pri nadaljnjem raztegovanju pridobili na trdnosti. Točka pretrga je pri teh materialih manjša od napetosti lezenja. V tem primeru napetost pretrga ni uporabna in jo v podatkovnih katalogih ne navajajo. V to skupino spadajo ABS, ASA, PC itn. Krivulja d označuje lastnosti žilavih in zelo mehkih, elastičnih materialov, ki imajo že pri zelo nizkih obremenitvah velike raztezke. Tudi ta krivulja, tako kot krivulja a, nima točke lezenja σy. Do pretrga pride pri zelo velikem raztezku brez predhodnih znakov lezenja. Vse te krivulje imajo eno skupno lastnost, in sicer da v začetnem, ozkem področju velja za vse krivulje Hookov zakon – zakon proporcionalnosti (linearnosti) med vrednostma napetosti in pripadajočega raztezka. To razmerje označuje tako imenovani modul elastičnosti Et = σ / ε. Iz tega razmerja, ki ga določa nagib krivulje (v tem področju nagib premice), je razvidno, da je modul tem večji, čim manjši je raztezek pri neki napetosti (togi materiali), oziroma modul je tem manjši, čim večji je raztezek pri neki napetosti (elastični materiali). Vrednost modula nam torej opredeljuje trdnost nekega materiala. Za področje, v katerem velja Hookov zakon, se izdelek po deformaciji vrne v prvotno stanje brez zaostalih deformacij. Pri večjih obremenitvah Hookov zakon ne velja več. Premica σ-ε preide v krivuljo σ-ε. Linearne odvisnosti med napetostjo in raztezkom ni več. Na področju nelinearnosti ostaja izdelek po razbremenitvi trajno deformiran. Velikost zaostale deformacije je odvisna od velikosti pretekle obremenitve. CAMPUS uporablja za opredeljevanje nateznih lastnosti materiala naslednje veličine: Modul elastičnosti – natezni Et (6) modulus of elasticity in tension Zug-modul Modul elastičnosti je opredeljen kot količnik med razliko napetosti σ2 minus σ1 in pripadajočo razliko raztezka ε2 minus ε1. Pri tem je ε2 enak 0,0025 in ε1 0,0005. Vrednost modula je podana v megapaskalih (MPa). Et = ( σ2 – σ1) / ( ε2 – ε1) Natezna napetost lezenja σy (7) yield stress Streckspannung

~ T EHN I Č NE

Z AHT E V E~

Natezna napetost lezenja je opredeljena kot prva vrednost napetosti, pri kateri raztezek narašča brez prirastka napetosti. Podana je v megapaskalih (MPa). Lahko je manjša ali večja od napetosti pretrga (Slika 1.8, krivulji b in c). Raztezek lezenja εy (8) yield strain Streckdehnung Raztezek lezenja je raztezek, ki pripada natezni napetosti lezenja σy (Slika 1.8, krivulji b in c). Podan je v odstotkih. Nominalni raztezek pretrga εtb (9) nominal tensile strain at break Nominelle Dehnung bei der Bruchspannung Nominalni raztezek pretrga pripada natezni napetosti pretrga, kadar se preizkušanec pretrga izza točke lezenja (Slika 1.8, krivulji b in c). Podan je v odstotkih. Napetost pri 50-odstotnem raztezku (10) stress at 50 % strain Spannung bei 50% Dehnung Ta napetost se podaja v primeru zelo raztegljivih materialov, in ko ni napetosti σy (Slika 1.8, krivulja d). Vrednost celotnega raztezka dobimo v podatkovnem katalogu. Podan je v odstotkih. Natezna napetost pretrga σB (11) stress at break Bruchspannung Natezna napetost pretrga je napetost pri pretrgu epruvete. Večinoma je ta napetost istočasno tudi maksimalna napetost, ki se doseže med preizkusom, le v primeru krivulje c je napetost pretrga manjša od maksimalne dosežene napetosti, ki je v tem primeru σy (Slika 1.8). Podana je v megapaskalih (MPa). Raztezek pretrga εB (12) strain at break Bruchdehnung To je raztezek, ki pripada natezni napetosti pretrga σB, če ni napetosti lezenja εy. Podan je v odstotkih (krivulji a in d).

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

1.3.2.2 Natezne lastnosti – dolgotrajen preizkus - krivulje lezenja (13 do 14) Natezni modul lezenja Et/1 h (13) Natezni modul lezenja Et/1000 h (14) Tensile creep modulus Zug-Kriechmodul Standard DIN/ISO 899 – 1. marec 1997 Dolgotrajni postopki so namenjeni preučevanju, kako plastični materiali prenašajo dolgotrajne obremenitve pri različnih temperaturah. Ker plastični materiali kažejo že pri majhnih mehanskih obremenitvah in običajnih sobnih temperaturah znake lezenja, nam vrednosti iz podatkovnih katalogov ne zadoščajo za določitev vzdržljivosti materialov za točno določen namen. Zato proizvajalci materialov nudijo za svoje materiale tako imenovane napetostne krivulje v odvisnosti od raztezka- za vsak poljubno izbrani čas obremenjevanja. Iz teh diagramov se lahko izračuna vrednost plazilnega modula Et-za vsak poljubni čas. Z istim namenom se izdelajo tudi takoimenovane izohrone (istočasne) krivulje napetosti in raztezka. Sistem CAMPUS navaja dve vrednosti modula lezenja Et, in sicer za čas delovanja sile eno uro in 1000 ur. Druge vrednosti se določajo kot sledi. Določanja nateznega modula lezenja Et Uporabijo normalno epruveto po EN ISO 527-2. in jo obremenijo z natezno napetostjo. Preizkusno napetost se izbere glede na namen uporabe materiala. Prednostni časi obremenjevanja po tem standardu so ena minuta, tri minute, 6, 12 in 30 minut; ena ura, dve uri, 5 ur, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000 ur itn. Natezni modul lezenja Et je opredeljen kot količnik med začetno natezno napetostjo σ in raztezkom lezenja εt za vsak izbrani čas preizkusa. Et = σ /ε = (F • L0) / A• (ΔL)t [Mpa] F L0 A (ΔL)t

delujoča sila [N] začetna dolžina epruvete [mm] začetni presek epruvete [mm2] sprememba dolžine epruvete v času t [mm]

Krivulje lezenja in pretrga: raztezek lezenja εt

σ1 σ2 σ3

smer večanja σ

modul lezenja εt

Slika 1.9: Napetostne krivulje lezenja εt in t

logaritem časa t

Slika 1.10: Napetostne krivulje lezenja εt in t

smer večanja časa t

raztezek lezenja εt

Slika 1.11: Izohrone krivulje σ in εt

T1 T2 T3

smer večanja temperature T

Izohrone (istočasne) krivulje lezenja v odvisnosti od napetosti in raztezka lezenja (Slika 1.11) Proizvajalci materialov običajno pripravijo izohrone krivulje za čas obremenjevanja ena ura, 10, 100, 1000 in 10.000 ur. Te krivulje dobijo z diagramom na Sliki 1.9. Kako prikažemo neko izohrono krivuljo, na primer za čas obremenjevanja 10 ur? Za vsako krivuljo lezenja σ1, σ2, σ3 itn. odčitajo iz diagrama na Sliki 1.9 pripadajoči raztezek za čas 10 ur in ga vnesejo v diagram na Sliki 1.11 Na absciso vnašajo

logaritem časa t

napetost σ

Krivulje napetosti za določanje modula lezenja Et in časa obremenjevanja (Slika 1.10) Za vsako izbrano temperaturo pripravijo serijo krivulj lezenja. Pri izbrani začetni napetosti σ1 lahko za vsak izbrani čas izračunajo modul lezenja po enačbi Et = σ / εt. Raztezek lezenja εt za vsak izbrani čas dobijo tako kot v primeru iz Slike1.9. Z vnašanjem vrednosti Et in εt v diagram dobijo krivuljo napetosti lezenja σ1. Enako naredijo za druge napetosti σ2, σ3 itn. Iz dobljenega diagrama lahko uporabnik odčita vrednost Et za vsak izbrani čas obremenjevanja in za vsako izbrano velikost napetosti.

σ3 σ2 σ1

napetost σ

Krivulje napetosti za določanje raztezka lezenja v odvisnosti od časa (Slika 1.9) Za vsako izbrano temperaturo se pripravi serijo krivulj lezenja. Pri izbrani začetni napetosti σ1 nanesejo za vsak izbrani čas pripadajočo vrednost raztezka lezenja εt. Tako dobijo krivuljo lezenja za napetost σ1. Enako naredijo za druge napetosti σ2, σ3 itn. Iz tako nastalega diagrama lahko uporabnik odčita vrednosti εt za vsak izbrani čas in vsako izbrano velikost začetne napetosti.

Z AHT E V E~

smer večanja σ

~ T EHN I Č NE

logaritem časa t

Slika 1.12: T emperaturne krivulje pretrga σ in t

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

vrednosti za raztezek, na ordinato pa pripadajoče vrednosti za napetost. Na presečiščih teh vrednosti dobijo točke, ki tvorijo izohrono krivuljo za čas 10 ur. Za ostale izbrane čase ravnajo enako, pa tudi za vsako izbrano temperaturo. Krivulje pretrga (Slika 1.12) Krivulje pretrga omogočajo napoved časa pretrga za poljubno napetost pri izbrani temperaturi preizkušanja. Določanje udarne žilavosti (15 do 22) Natezna preizkusa po standardih DIN/ISO 527 in DIN/ISO 899, ki sta bila opisana v prejšnji številki, zaradi počasnosti, ne zadoščata za celovito opredelitev mehanskih lastnosti termoplastičnih materialov. Preizkusa ne razkrivata, kako se material obnaša pri nagli obremenitvi z udarcem, ki je v tehniki precej pogosta. Za preučevanje takih obremenitev so na voljo različne metode, ki simulirajo dinamične obremenitve z velikimi hitrostmi preoblikovanja. Odpornost proti takemu naglemu preoblikovanju imenujemo udarna žilavost. Udarna žilavost je sposobnost materiala, da absorbira določeno energijo udarca, preden se material zaradi obremenitve zlomi. Vrednost udarne žilavosti je izražena s količnikom količine dela, ki je potrebna za zlom preizkusne epruvete, in presekom epruvete. Udarna žilavost je zelo odvisna od vrste materiala, pa tudi od oblike, kakovosti izdelka in pogojev preizkušanja. Nekatere vrste materialov zelo slabo prenašajo nepravilnosti pri oblikovanju izdelka. Zlasti so občutljive za zarezne učinke. Zato pri udarnih preizkusih simuliramo tudi vplive zareznih učinkov, tako da izdelamo epruveto z zarezo. Vrednost udarne žilavosti, ki jo dobimo s preizkušanjem take epruvete, imenujemo zarezna udarna žilavost. Zaradi koncentracije napetosti je zarezna udarna žilavost precej manjša od udarne žilavosti brez zareze. Razlika med obema vrednostima nam daje informacijo o občutljivosti materiala za zarezne učinke in pogoje preizkušanja. Vrednosti udarne žilavosti, merjene pri različnih temperaturah, so različne. Vrednosti, merjene pri nizkih temperaturah, so dosti manjše od vrednosti, merjenih pri sobni temperaturi. Zato moramo biti pri primerjanju meritev zelo pozorni na pogoje preizkušanja. Določanje udarne žilavosti po postopku Charpy (15 do 18) Sistem CAMPUS uporablja za določanje udarne žilavosti postopek Charpy, ki je opredeljen s standardom ISO 179 in opisan v nadaljevanju. Če pri običajnem preizkusu za določanje udarne žilavosti ne pride do zloma epruvete, se uporabi zahtevnejši preizkus po standardu DIN/ISO 8256, po katerem določamo natezno zarezno udarno žilavost (glejte Obrazec 1 Tehnične zahteve za termoplastični material). Standard: ISO 179, maj 1993

~ T EHN I Č NE

Z AHT E V E~

Epruveta leži vodoravno na dveh podporah. Ob udarcu kladiva je obremenjena v sredini s kratkotrajno, toda zelo hitro upogibno obremenitvijo, ki povzroči zlom (Slika 1.13). Pri zelo žilavih materialih zloma ni.

Če preizkušamo epruveto z zarezo, jo v napravo namestimo glede na smer udarca nihajnega kladiva in glede na zareze, tako kot kažeta puščici na Sliki 1.14.

45°

smer udarca

l/2

smer udarca

nihajno kladivo epruveta smer udarca

Slika 1.13: Vpetje epruvete po postopku Charpy

Slika 1.14: Prikaz smeri udarca nihajnega kladiva

Pri udarnem preizkusu ne ugotavljamo nastopajoče sile udarca, ampak energijo, ki je potrebna za zlom epruvete. Porabljena energija je razlika med energijo nihajnega kladiva pred udarcem in energijo nihajnega kladiva po udarcu. Sistem CAMPUS uporablja štiri veličine, ki jih določamo po postopku Charpy: 15. Udarna žilavost Charpy acU pri temperaturi preizkušanja +23 °C. Epruveta je brez zareze. 16. Udarna žilavost Charpy acU pri temperaturi preizkušanja -30 °C. Epruveta je brez zareze. angleški naziv: Charpy-impact strength nemški naziv: Charpy-Schlagzähigkeit Obe veličini se določata enako, le da je temperatura preizkušanja v enem primeru +23 °C, v drugem primeru pa -30 °C. Vrednosti se izračunata po naslednjih enačbah:

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

acU = (W / h•b)•103- [kJ/m2] acU udarna žilavost brez zareze W korigirana energija v džulih, ki je potrebna za zlom epruvete. Korekcija se nanaša na izgube pri gibanju nihajnega kladiva. h debelina epruvete v milimetrih b višina epruvete v milimetrih 17. Zarezna udarna žilavost Charpy acN pri temperaturi preizkušanja +23 °C. Epruveta je zarezana. 18. Zarezna udarna žilavost Charpy acN pri temperaturi preizkušanja -30 °C. Epruveta je zarezana. angleški naziv: Charpy-notched impact strength nemški naziv: Charpy-Kerbschlagzähigkeit acN = (W / h•bN)•103 - [kJ/m2] acN W h bN

zarezna udarna žilavost korigirana energija v džulih, ki je potrebna za zlom epruvete debelina epruvete v milimetrih ostanek višine epruvete v milimetrih brez zareze

V Preglednici 1.3 so predstavljeni načini določanja udarne in zarezne udarne žilavosti glede na vrsto epruvete in mesto obremenitve. Preglednica 1.3: Načini preizkušanja po postopku Charpy Norma

Tip epruvete 1 2 3

ISO 179 / leU ISO 179 / leA ISO 179 / leB ISO 179 / leC ISO 179 / lfU ISO 179 / lfA ISO 179 / lfB ISO 179 / lfC

dolžina l 80 25 h (11 ali 13) h

Dimenzije višina b 10 10 ali 15 10 ali 15

debelina h 4 3 3

Smer udarca

Vrsta zareze

v ozko pl.

brez zareze enojna zareza A B C brez zareze dvojna zareza A B C

v ozko ploskev

v širšo pl.

v široko ploskev

Radijus zareze rN

Ostanek višine bN

0,25 1,00 0,10

8 8 8

0,25 1,00 0,10

6 6 6

~ T EHN I Č NE

Z AHT E V E~

Iz preglednice je razvidno, da postopek predpisuje uporabo treh oblik epruvete, ki so označene s številkami 1, 2 in 3. Prednostno se uporablja epruveta z obliko 1, velikosti 80 x 10 x 4 mm. Lahko se preizkuša epruveta brez zareze, lahko pa ima epruveta eno ali dve zarezi. Udarec z nihajnim kladivom se lahko izvede v ozko (e) ali široko ploskev (f). Če se preizkuša epruveta z zarezo, sta dve možnosti. Če se udarec izvede v ozko ploskev, se naredi samo ena zareza. Če pa se udarec izvede v široko ploskev, se naredi dve zarezi (Slika 1.14). Postopek predpisuje tri vrste zarez: obliko A, obliko B in obliko C. Vse tri oblike zarez imajo kot 45 stopinj in globino 2 mm. Razlikujejo se le po radiju zareze rN, ki ima velik vpliv na udarno žilavost. Iz preglednice je razvidno tudi označevanje opravljenega preizkusa. Oznaka ISO 179/1eA na primer pomeni: zarezna udarna žilavost acN po standardu ISO 179, vrsta epruvete 1, udarec v ozko ploskev e, enojna zareza oblike A z radijem rN je 0,25 mm. Natezna zarezna udarna žilavost (19) standard DIN/ISO 8256, februar 1997 angleški naziv: Tensile-impact strength nemški naziv: Schlagzugzähigkeit Ta postopek se uporablja, ko pri postopku Charpy ne pride do zloma epruvete. Lahko ga označimo kot natezni preizkus z veliko hitrostjo preoblikovanja, ki je posledica udarca nihajnega kladiva. Kladivo udari v epruveto, ko je pri padanju v svoji najnižji točki. Pri udarcu je epruveta v vodoravnem položaju. Standard opredeljuje dva postopka. Postopek A Postopek je shematsko prikazan na Sliki 1.15. Epruveta 3 je na enem koncu vpeta na fiksni podstavek 4, na drugem koncu pa na drsnik 2, ki je drsno pritrjen na podstavek 4. Nihajno kladivo 1 spustimo z neke višine, da udari v drsnik 2. Slednji bliskovito potegne epruveto in jo odlomi. Z odtrgano epruveto se drsnik umika kladivu, ki nadaljuje svojo pot po loku do neke višine. Opravljeno delo za zlom epruvete je razlika med energijo kladiva pred udarcem in energijo kladiva po pretrganju epruvete, kot pri preizkusu Charpy. Vrednost natezne zarezne udarne žilavosti se izračuna po enačbi: EN = (EC / x•d)•103 [kJ/m2] EC korigirana energija v džulih, ki se porabi za zlom epruvete. Korekcija se nanaša na izgube pri gibanju nihajnega kladiva in drsnika. x širina epruvete v milimetrih med zarezama d debelina epruvete v milimetrih

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

4 1 Nihalo 2 Drsnik

3 Epruveta 4 Fiksni podstavek

Slika 1.15: Shema postopka A

1 Nihalo 2 Drsnik

3 Epruveta 4 Fiksni podstavek

Slika 1.16: Shema postopka B

Postopek B Postopek je shematsko prikazan na Sliki 1.16. Drsnik 2 je drsno pritrjen na nihajno kladivo 1. Epruveta 3 je na enem koncu vpeta na nihajno kladivo, na drugem koncu pa na drsnik. Ko nihajno kladivo z drsnikom spustimo z določene višine, se drsnik v svojem najnižjem položaju zaleti v fiksni podstavek 4 in se v trenutku ustavi. Nihajno kladivo nadaljuje gibanje in z veliko hitrostjo odtrga epruveto. Izračun natezne udarne žilavosti poteka enako kot v primeru A. V nadaljevanju bomo pojasnili nekaj postopkov določanja mehanskih lastnosti termoplastov, ki ne pripadajo sistemu CAMPUS, jih pa proizvajalci materialov vseeno uporabljajo, da bi uporabnikom svojih materialov posredovali čim več informacij. Zato je pomembno vedeti, kateri so ti postopki in katere vrednosti se po njih določajo. Zarezna udarna žilavost – IZOD (20 do 22) Poleg postopka Charpy za določanje udarne žilavosti, ki ga uporablja sistem CAMPUS, poznamo še druge postopke. Eden od njih je postopek Izod (Slika 1.17), ki je zelo podoben postopku Charpy. Tako kot postopek Charpy je tudi postopek Izod namenjen ugotavljanju občutljivosti nekega materiala za zarezne učinke, če je izpostavljen udarnim obremenitvam pri različnih pogojih preizkušanja. Oba preizkusa z zarezano preizkusno epruveto sta primerna za določanje žilavosti nekega izdelka z mnogimi rebri in pregradami z ostrimi robovi. Postopka uporabljata udarno napravo z nihajnim kladivom. Pri preizkusu merimo energijo, ki

~ T EHN I Č NE

dolžina l: 63,5 mm ASTM 80 mm ISO

nihajno kladivo

Z AHT E V E~

45°

r 0,25

10 debelina h: 3,2 mm 4 mm

Slika 1.17: Prikaz postopka Izod (vir: GEP)

ASTM ISO

Slika 1.18: Standardna epruveta oblike 1 z enojno zarezo (vir: GEP)

je potrebna za zlom epruvete. Osnovna razlika med obema preizkusoma je način vpetja epruvete. Pri preizkusu Charpy je epruveta prosto vložena v napravo, tako da je na obeh koncih podprta. Nihajno kladivo udari v sredino epruvete. Pri postopku Izod je epruveta vpeta na enem koncu do sredine, udarec s kladivom pa se izvede v zgornji prosti del epruvete. Postopek Izod uporablja epruveto standardne oblike, vrste 1, z enojno zarezo (Slika 1.18). Epruveta ima glede na postopek različno dolžino in debelino. Postopek Izod je opredeljen s standardoma ASTM 256 in ISO 180. Standarda se nekoliko razlikujeta, in sicer v merah epruvete in enoti udarne žilavosti. Žilavost po standardu ASTM se meri v kJ/m, po standardu ISO 180 pa v kJ/m2. Sledijo značilnosti obeh standardov. Zarezna udarna žilavost Izod po standardu ASTM 256 pri temperaturi +23 ºC (20) Standard ASTM 256 predpisuje uporabo epruvete standardne oblike 1, velikosti 63,5 x 10 x 3,2 mm, z enojno zarezo. Oblika in ostale mere so prikazane na Sliki 1.18. Epruveta ima enojno zarezo in je vpeta tako, da je zareza obrnjena proti kladivu. Vrednost udarne žilavosti po tem standardu dobimo, če energijo v džulih, ki je potrebna za zlom epruvete, delimo z dolžino zareze v metrih. Enota udarne žilavosti je kJ/m. Zarezna udarna žilavost Izod po standardu ISO 180 pri temperaturi +23 ºC (21) Standard ISO 180 predpisuje uporabo epruvete standardne oblike 1, velikosti 80 x 10 x 4 mm, z enojno zarezo. Epruveta ima enojno zarezo in je vpeta na dva načina: – zareza je obrnjena proti kladivu (oznaka: ISO 180/1A),

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

– nezarezana stran je obrnjena proti kladivu (oznaka: ISO 180/1U). Vrednost udarne žilavosti po standardu ISO 180 dobimo, če energijo v džulih, ki je potrebna za zlom epruvete, delimo s površino preseka na mestu zareze v kvadratnih metrih. Enota udarne žilavosti je kJ/m2. Zarezna udarna žilavost Izod po standardu ISO 180 pri temperaturi –30 ºC (22) Ta preizkus se od prejšnjega razlikuje samo po temperaturi preizkusa. Upogibne lastnosti po ISO 180 (23 do 26) Postopek preizkušanja upogibnih lastnosti se uporablja predvsem za krhke materiale, ki niso primerni za natezni preizkus. Upogibni preizkus poteka tako, da epruveto, ki prosto leži na dveh podporah, obremenjujemo v sredini z upogibno silo z enakomernim pomikom 2 mm/min. (Slika 1.19). Preizkus je končan, ko epruveta poči ali ko dosežemo neko predvideno vrednost. S tem preizkusom opredelimo naslednje veličine: Upogibna trdnost σfM (23) Je maksimalna upogibna napetost, ki jo zabeleži naprava med preizkušanjem. Upogibni modul (24) Upogibni modul je količnik med napetostjo in pripadajočim raztezkom v začetnem-linearnem delu obremenjevanja. Vrednost upogibnega modula je tangens kota tangente na krivuljo σ–ε vse do točke, pri kateri se epruveta še ne deformira plastično. Predpisana upogibna napetost σfc (25) Predpisana upogibna napetost je tista predpisana upogibna napetost, ki se doseže pri predpisanem upogibu Sc. Pri tem je Sc = 1,5 x debelina epruvete. Pri razdalji podpor Lv = 16•h (to je 64 mm) in pri predpisanem upogibu znaša robni raztezek 3,5 odstotka. sila F s pomikom 2 mm/min V tem primeru se predpisana upogibna napetost označi kot napetost pri 3,5-odstoepruveta R2 4 tnem upogibnem raztezku. 5° Upogibni raztezek pri zlomu εfB (26) Upogibni raztezek pri zlomu je upogibni raztezek v sredini vrhnje plasti epruvete, pri upogibni napetosti σfB v trenutku zloma.

R 0,5

Slika 1.19: Prikaz preizkušanja na upogib (vir: GEP)

~ T EHN I Č NE

Z AHT E V E~

Ostale veličine preizkusa na upogib so: – upogibna napetost σf je nominalna napetost v katerem koli trenutku na sredini zgornje ploskve epruvete, na mestu delovanja upogibne sile, – upogibna napetost σfB je napetost v trenutku zloma, – upogibni raztezek pri zlomu σfB je upogibni raztezek pri upogibni napetosti σfB v trenutku zloma. Določanje trdote (27 do 29) Nadaljujemo s pojasnjevanjem nekaterih postopkov določanja mehanskih lastnosti termoplastov, ki ne pripadajo sistemu CAMPUS Proizvajalci materialov pogosto navajajo vrednosti trdote. Najpogostejši postopki določanja njenih vrednosti so: 27. 28. 29.

določanje krogelne trdote po standardu ISO 2039-1, določanje trdote Rockwel HR po standardu ISO 2039-2, določanje trdote Shore HSh po standardu ISO 868.

Krogelna trdota po standardu ISO 2039-1 (DIN 53456) (27) Pri določanju krogelne trdote vtisnemo jekleno kroglico s premerom 5 milimetrov v preizkušanec z debelino najmanj 4 milimetre (Slika 1.20). Sila vtiskovanja je 358 njutnov. Po 30 sekundah odčitamo globino vtisa in izračunamo projicirano ploščino kroglinega vtisa. Krogelno trdoto izrazimo s količnikom med silo vtiskovanja v njutnih in projicirano površino vtisa v kvadratnih milimetrih. Krogelna trdota ima oznako H 358/30. Trdota Rockwel po standardu ISO 2039-2 (28)

Postopek določanja trdote Rockwel - Kroglico vtiskujemo 10 sekund z majhno silo, - nato kroglico vtiskujemo 15 sekund z večjo silo, - nato odvzamemo večjo obremenitev, - z majhno silo vtiskujemo še 15 sekund, - odčitamo globino vtisa.

vtis

Tudi pri tem postopku vtiskujemo jekleno kroglico v preizkušanec. Postopek Rockwel ima tri lestvice: lestvico R za mehke, lestvico L za srednje trde in lestvico M za trde materiale. Vrednosti trdot so od 50 do 115. Če pri neki meritvi presežemo vrednost 115, ponovimo preizkus po lestvici za trše ma358 N teriale.

Slika 1.20: Prikaz postopka določevanja krogelne trdote

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

V tabeli na Sliki 1.21 so navedeni pogoji preizkušanja za posamezna področja trdot po lestvici R, L in M. Majhna sila Večja sila Premer kroglice N N mm

98,07

588,4

12,70

98,07

588,4

6,35

98,07

980,7

6,35

vtis

Lestvica

1. majhna sila 2. velika sila 3. majhna sila

Slika 1.21: Določanje trdote Rockwel

Vrednost trdote Rockwel dobimo tako, da od vrednosti 130 odštejemo vrednost globine vtisa, ki je izražena s številom enot po 0,002 milimetra. Postopek Rockwel ni primeren za zelo mehke materiale. Le-te preizkušamo po postopku Shore. Trdota Shore po standardu ISO 868, DIN 53505, ASTM D2240 (29) Postopek Shore ima dve lestvici: lestvico A in lestvico B. Naprava za meritev se imenuje durometer. Durometer A je namenjen merjenju mehkejših materialov, durometer D pa merjenju trših materialov. Razlikujeta se po obliki igle, ki jo vtiskujemo v material. Za trde materiale se uporablja špičasta igla, za mehke pa igla s topo konico. Na iglo deluje vzmet, ki je pri obeh durometrih enaka.

igla durometra A

igla durometra D

vzmet 35°

30°

ø3

2,5

ø 1,25

preizkušanec

Slika 1.22: Shema durometra z iglama A in D

ø 0,79

r 0,1

~ T EHN I Č NE

Postopek določanja trdote Shore – Durometer postavimo na preizkušanec (Slika 1.22), – igla se zaradi pritiska vzmeti ugrezne v preizkušanec, – po 15 sekundah odčitamo stopnjo trdote glede na ugrez igle, – če se igla ne ugrezne v material, je odčitek 100 (za zelo trde materiale), – če se igla v celoti (2,5 mm) ugrezne v material, je odčitek 0.

Z AHT E V E~

10 Shore A

90 20

Shore D krogelna trdota H 358/50

mehkejše

trše

Slika 1.23: Prikaz trdot Shore A, Shore D in krogelne trdote

Uporabno območje na lestvici Shore A za mehke materiale je 10 do 90 in na lestvici Shore D za trde materiale 20 do 90. Če so izmerjene vrednosti po skali A večje od 90 A, je material pretrd. Uporabiti moramo durometer D. Če so izmerjene vrednosti na skali D manjše od 20 D, je material premehek. Uporabiti moramo durometer A. Slika 1.23 prikazuje, kako se prekrivajo območja vrednosti trdot Shore A, Shore D in krogelne trdote H 358/30. Trdota Rockwel ni primerljiva s trdotami s Slike 1.23, ker upošteva še elastični povratek deformacije preizkušanca po razbremenitvi igle. Trdnost preboja Mnogi mehanski preizkusi temeljijo na enoosni obremenitvi preizkušanca. V sistem CAMPUS so zadnje čase vključili metodo ugotavljanja trdnosti preboja, ki temelji na principu večosne obremenitve, s čimer omilimo vpliv anizotropnih lastnosti preizkušanca. Ta preizkus je opredeljen s standardom ISO 6603. Prvi del (ISO 6603-1, marec 2000) opredeljuje postopek preizkušanja brez računalniške podpore, drugi del (ISO 6603-2, oktober 2000) pa postopek z računalniško podporo pri nastavljanju parametrov delovanja naprave in obdelavi rezultatov preizkušanja. S tem postopkom določamo naslednje vrednosti: – maksimalna sila preboja v njutnih pri +23 °C (ISO 6603-2) – maksimalna sila preboja v njutnih pri –30 °C (ISO 6603-2) nemško: Durchstoß-Maximalkraft angleško: Puncture Maximum force – energija preboja v džulih pri +23 °C (ISO 6603-2) – energija preboja v džulih pri –30 °C (ISO 6603-2) nemško: Durchsoß-Arbeit angleško: Puncture energi

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

Opis postopka Naprava za ugotavljanje trdnosti preboja ima robustno stojalo, na katero sta pritrjena miza s podstavkom za vpetje epruvete in ogrodje z mehanizmom za vodenje obteženega prebijala pri dviganju na izbrano višino in padanju na vpeto epruveto. Prebijalo pade na sredino epruvete in jo prebije. Prebitje je prikazano na Sliki 1.24.

1750 1500

HIPS

Sila [N]

1250

Styrolux 684 D

1000 750 500 250 0

Pot prebijanja [mm]

Slika 1.24: Videz prebite epruvete (vir: Thermoplastics Testing Center)

Slika 1.25: Diagram sile in poti prebijanja za dva različna termoplasta (vir: BASF)

D4 D2

prebijalo

ϕ20

držalna plošča R R

r10

ležišče epruvete

Slika 1.26: Prebijanje epruvete po standardu ISO 6603-2

Mere v milimetrih

D2 D3 D4 H R

Stranica kvadratne epruvete Premer okrogle epruvete 60 140 40±2 100±5 60 140 ≥90 ≥200 12 12 1 1

~ T EHN I Č NE

Z AHT E V E~

V prebijalo je vstavljen piezoelektrični senzor, ki meri silo, s katero prebijalo prebija epruveto. Računalniška oprema omogoča grafični prikaz sile in poti preoblikovanja, hitrosti, energije kot funkcije časa in sile ter energije kot funkcije poti. Primer grafičnega poteka sile prebijanja v odvisnosti od poti prebijanja je na Sliki 1.25, kjer sta dve krivulji za dva različna materiala: za Styrolux 684 D in za, proti udarcem odporen, polistiren HIPS. Iz diagrama je razvidno, da sta sili prebijanja približno enaki, energija prebijanja pa je za material Styrolux 684 D znatno večja od energije prebijanja materiala HIPS. Energija prebijanja je po standardu 6603-2 opredeljena s površino, ki jo omejujeta krivulja sile prebijanja in abscisna os. Slika 1.26 prikazuje način vpenjanja, velikost in obliko epruvete ter obliko in velikost prebijala, kot je predpisano s standardom ISO 6603-2.

1.3.3 DOLOČANJE TOPLOTNIH LASTNOSTI (30 do 47) Že v predhodnem besedilu smo zapisali, da so mehanske lastnosti zelo odvisne od temperature. Za razumevanje mehanskih lastnosti polimerov pri različnih temperaturah je ključnega pomena poznavanje sprememb v strukturi polimera, ki se zgodijo pod vplivom toplote. Značilna spremljajoča pojava sta prehod iz steklenega in trdega stanja polimera v gumielastično stanje ter taljenje polimera. Ta dva pojava določata temperaturne meje, v katerih se neki polimerni material, amorfni ali delnokristalinični, v praksi lahko uporablja pod nekimi pogoji. Zato sta ta dva pojava zelo pomembna in ju upoštevamo pri izbiri polimernega materiala za neki namen. Sta tudi na seznamu sistema CAMPUS, ki zajema temeljne lastnosti polimernih materialov (Obrazec 1.1). Poleg omenjenih dveh lastnosti uporablja sistem CAMPUS še naslednje toplotne lastnosti za opredeljevanje uporabnosti polimernih materialov: temperaturo držanja oblike, temperaturo mehčanja Vicat, toplotni razteznostni koeficient in gorljivost. Posamezni polimerni materiali se različno odzivajo na toplotne obremenitve. Z različnimi termičnimi metodami lahko ugotovimo, da je področje steklastega prehoda samo pri amorfnih materialih oziroma pri amorfnem delu delnokristaliničnih materialov, medtem ko je področje taljenja samo pri kristaliničnem delu delnokristaliničnih materialov. Ponavadi je kristalinični delež delnokristaliničnih materialov 20 do 80 odstotkov. Ostalo je amorfni del. Dogajanje pri segrevanju amorfnih materialov Pri nizkih temperaturah je gibljivost nitastih makromolekul zelo omejena. To je stanje steklaste togosti in krhkosti. S segrevanjem se gibljivost makromolekul povečuje, s tem pa tudi elastičnost celotnega materiala. Vsak amorfni material doseže pri neki temperaturi stanje, pri katerem se gibljivost makromolekul v točno določenem območju močno poveča, trdnostne lastnosti pa se tako poslabšajo, da material ni več primeren za normalno uporabo. To je območje steklastega prehoda, v katerem preidejo amorfni polimeri iz

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

steklenotrdega v gumielastično stanje, primerno za krivljenje in temu podobna preoblikovanja, ni pa primerno za premagovanje mehanskih obremenitev. Zato je poznavanje te lastnosti zelo pomembno. Značilna temperatura tega področja je temperatura steklastega prehoda Tg. Imenuje se tudi temperatura mehčanja. S kalorimetričnimi metodami se ta prehod zazna na različne načine. Z metodo DSC, ki jo bomo v nadaljevanju opisali, jo zaznamo kot izrazito spremembo toplotnega toka. Pri nadaljnjem segrevanju amorfnega materiala se gibljivost makromolekul še naprej povečuje, snov počasi prehaja v nizkoviskozno stanje, vendar se značilni znaki topljenja, ob običajnem izotermičnem dovajanju toplote, ne pojavljajo. Ko je dosežena primerno nizka viskoznost, je snov primerna za predelavo z brizganjem. Dogajanje pri segrevanju delnokristaliničnih materialov Taljenje v fizikalnem pomenu besede zasledimo le pri polimerih s kristalinično strukturo. Z dovajanjem toplotne energije se pri neki ustrezno visoki temperaturi začnejo kristali topiti, pri tem pa temperatura ne narašča, dokler se ne stopi zadnji kristal (podobno kot pri topljenju ledu). Pri amorfnih materialih, ki nimajo kristalitov, tega pojava ni. Zato se pri njih toplotna energija porabi samo za dvigovanje temperature, in ne za topljenje kristalitov (Slika 1.27). amorfni materiali

Toplota

delnokristalni�ni�materiali

Temperatura

Slika 1.27: Temperaturi steklastega prehoda in taljenja

Glede na to, da imajo delnokristalinični materiali amorfno in kristalinično strukturo, pride pri njihovem segrevanju do kombiniranih pojavov. Najprej se zgodi steklasti prehod amorfne komponente. Če polimerni material vsebuje več različnih amorfnih komponent, bo vsaka dosegla svoj steklasti prehod. Večja gibljivost makromolekul amorfnih komponent prispeva k večji elastičnosti in večji uporabnosti tega materiala nad Tg določene amorfne komponente. Z ustreznimi polimernimi mešanicami lahko tako pridobimo neke ciljne lastnosti materiala. Z dodajanjem amorfne komponente, ki ima steklasti prehod pri zelo nizkih temperaturah, dosežemo uporabnost materiala tudi v nizkem temperaturnem področju.

~ T EHN I Č NE

Z AHT E V E~

Pri nadaljnjem segrevanju se gibljivost makromolekul amorfne in kristalinične komponente še naprej povečuje. Trdnost materiala se zmanjša, vendar material ohrani uporabno trdnost vse do začetka taljenja njegovega kristalnega dela. Medtem ko steklasti prehod ni povezan s spremembo strukture, pride pri taljenju kristalitov do strukturne preobrazbe. Trdna kristalna mreža začenja razpadati v tekočo amorfno strukturo. Pri tem se vložena energija (talilna toplota) uporabi za premagovanje medmolekularnih sil, ki vladajo v kristalni strukturi. Proces taljenja je merljiv in se izraža kot endotermna konica v DSC-krivulji (razlaga sledi). Temperatura taljenja Tm je izražena kot točka na vrhu endotermne konice. Struktura polimera torej odloča, ali je polimer uporaben nad ali pod temperaturo steklastega prehoda. Amorfni termoplasti so uporabni pod Tg, delnokristalinični pa nad Tg. Tm je največkrat zgornja meja uporabnosti polimera. Sistem CAMPUS uporablja za določanje vrednosti Tg in Tm metodo DSC (dinamična diferenčna termoanaliza), opredeljeno s standardi ISO 11357 (prvi, drugi in tretji del). Metoda je primerna za nadzor kakovosti originalnih in recikliranih materialov, saj se z analizo termičnih stanj preizkušanca jasno izrazijo njegove značilne termične lastnosti. Talilna temperatura (30) standard EN ISO 11357-1: dinamična diferenčna termoanaliza (DSC) standard EN ISO 11357-3: določanje temperature in entalpije taljenja in kristalizacije Temperatura steklastega prehoda (31) standard EN ISO 11357-1: dinamična diferenčna termoanaliza (DSC) standard EN ISO 11357-2: določanje temperature steklastega prehoda Dinamična diferenčna termoanaliza (DSC) je termoanalitična metoda, pri kateri merimo razliko med toplotnim tokom v preizkusnem in referenčnem materialu v odvisnosti od temperature in/ali časa. Pri tem sta preizkusni in referenčni material izpostavljena nadzorovanemu temperaturnemu programu. Poznamo dva načina meritev: Dinamična diferenčna kalorimetrija z meritvijo razlike moči Meri se razlika dovedene moči med preizkušancem in referenčnim materialom na enoto časa v odvisnosti od časa in/ali temperature. Njuna temperatura se meri in uravnava tako, da je temperaturna razlika med njima enaka nič. Pri tem se meri in beleži poraba moči za izenačitev temperatur. Dinamična diferenčna kalorimetrija z meritvijo razlike toplotnega toka Meri se temperaturna razlika med preizkušancem in referenčnim materialom ter na tej podlagi določa razliko toplotnega toka.

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

Postopek Kalorimeter ima držalo za vpetje dveh preizkusnih talilnih lončkov. V en lonček nasujemo preizkusni material, v drugega pa primerjalni material. Oba lončka s pinceto vstavimo v držalo, tako da je vzpostavljen dober stik med lončkoma in merilnima mestoma na držalu. Na obeh merilnih mestih sta vgrajena termočlena, ki nadzirata temperaturi preizkušancev in računalniku javljata potek termičnih dogajanj. Oba lončka sta iz enakega, dobro prevodnega in enako težkega materiala. Navadno sta narejena iz aluminija. Preizkusni material je lahko tekoč ali trden. Lahko je prašnat, v obliki granulata ali v obliki lusk. Luske izrežemo iz izdelka, ki ga analiziramo. Z analizo želimo ugotoviti negativne vplive predhodne predelave. Primerna količina za analizo je od 15 do 20 gramov. Primerjalni material je izbran tako, da se doseže skladnost toplotne kapacitete obeh materialov. Analiza lahko poteka tudi brez primerjalnega materiala, tako da je njegov lonček prazen. Z vklopom kalorimetra sprožimo izbran temperaturni program. Kalorimeter se segreje na neko temperaturo in počakamo, da se stanje stabilizira. Nato čim hitreje segrejemo na izbrano merilno temperaturo. Temperaturo uravnavamo na konstantni vrednosti in počakamo, da potečejo vse termične reakcije, da se doseže stabilna bazna linija in izriše DSC-krivulja. Krivulja nazorno prikazuje vse endotermne reakcije. To sta steklasti prehod (lahko jih je več) in taljenje. Endotermne reakcije so tiste, pri katerih se toplota dovaja.

količina toplote endotermno eksotermno

Sledi program ohlajanja s programiranim dovajanjem hladilnega medija in meritvijo odvzete toplote. Obrnjen proces najprej prikaže eksotermno spremembo v področju, v katerem, pri delnokristaliničnih materialih, poteka kristalizacija. Eksotermne reakcije so

Tig

kristalizacija (c)

steklasti prehod (g)

Tpc

taljenje (m)

Tmg Tfg

Tic

Tim

Ti začetna temperatura Tf končna temperatura Tp temperatura vrha konice

Tpm Temperatura

Slika 1.28: Značilna DSC-krivulja

Tfm

Tfc

~ T EHN I Č NE

Z AHT E V E~

tiste, pri katerih se toplota odvaja. Pri taljenju razdružene makromolekule se v tem področju spet združujejo in tvorijo kristale. DSC-krivulja prikaže spremembo entalpije pri prehodu iz tekočega amorfnega stanja preizkušanca v delnokristalinično stanje. Pri nadaljnjem ohlajanju preide material področje steklastega prehoda in se nato ohladi na začetno temperaturo (Slika 1.28). S tem se meritev ne konča. Prvi del postopka (segrevanje) ponovimo še enkrat. Zakaj je to potrebno? Vzorec je lahko obremenjen s preteklimi dogajanji, zlasti če je bil material že predelan. Napetosti, orientiranost in druge napake se pri prvem segrevanju sproščajo in vplivajo na potek DSC-krivulje. Vzorec se pri prvem segrevanju sprosti, tako da šele drugo segrevanje pokaže njegove dejanske lastnosti. S primerjanjem obeh DSC-krivulj lahko ugotovimo, ali je bil vzorčni material pravilno predelan. Vzorec lahko vzamemo iz različnih delov izdelka in z metodo DSC analiziramo kritična mesta. Značilne mehanske lastnosti, kot so trdnost, modul in raztezek, se pri nateznih, tlačnih, upogibnih in strižnih obremenitvah obnašajo primerljivo. Trdnost in modul z naraščajočo temperaturo padata, raztezek pa narašča. V literaturi se za pojasnitev odvisnosti mehanskih lastnosti od temperature pogosto navajajo diagrami odvisnosti strižnega modula od temperature, ki nazorno prikazujejo ta razmerja (Sliki 1.29 in 1.30). Krivulja strižnega modula amorfnih materialov drastično pade pri temperaturi steklastega prehoda Tg (Slika 1.29). Od neke nizke temperature, pri kateri je amorfni material že dovolj elastičen, do temperature Tg je material primeren za predvideno uporabo (območje I). Nad temperaturo Tg se material zelo zmehča. Njegova temperaturna odpornost se zelo

105

III

dinamični strižni modul [N/mm2]

105 104 103 102 101 100 10-1

Slika 1.29: Temperaturna odvisnost strižnega modula amorfnih materialov

III

104 103 102 101 100 10-1

Slika 1.30: Temperaturna odvisnost strižnega modula delnokristaliničnih materialov

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

poslabša tudi pri zelo majhnih mehanskih obremenitvah. V tem širokem temperaturnem območju II je primeren le za krivljenje in temu podobna preoblikovanja. V višjem temperaturnem območju III se materialu viskoznost še nadalje postopoma zmanjšuje, tako da doseže stanje, primerno za predelavo z brizganjem. Pri delnokristaliničnih materialih je stanje drugačno (Slika 1.30). V območju I je material trd, tog, včasih celo krhek. Ko se amorfni del makromolekul pri temperaturi steklastega prehoda Tg nekoliko razveže in preide v gumielastično stanje, postane material elastičen, kljub temu da kristalinični del ostaja še naprej trd in tog. To je široko območje običajne uporabnosti polimera Ia, ki sega vse do območja II, v katerem se kristalna struktura začenja taliti. V tem razmeroma ozkem območju krivulja modula drastično pade. Material ni več sposoben prenašati mehanskih obremenitev. To območje je primerno za preoblikovanje s krivljenjem. Z nadaljnjim segrevanjem preide polimer v območje termoplastičnosti III, v katerem je mogoča termoplastična predelava z brizganjem. Za opredeljevanje temperaturne vzdržljivosti mehansko obremenjenih termoplastov se uporabljata dve metodi (Obrazec 1.1): – določitev temperature držanja oblike HDT po standardu ISO 75, – določitev temperature mehčanja VST po standardu ISO 360. Sistem CAMPUS postopka VST ne uporablja. Kljub temu se temperature Vicat v podatkovnih katalogih redno navajajo. Minimalna vrednost toplotne vzdržljivosti amorfnih materialov je pri temperaturi, ki je nekoliko nižja od temperature steklastega prehoda Tg, in delnokristaliničnih materialov pri temperaturi, nekoliko nižji od temperature taljenja Tm. Temperatura držanja oblike HDT po standardu EN/ISO 75 (32 do 37) angleško: Temperature of deflection under Load (Heat Deflection Temperature under Load – HDT) nemško: Wärmeformbeständigkeitstemperatur Standard ISO 75 predpisuje postopek določanja temperature držanja oblike pri tritočkovni upogibni obremenitvi epruvete iz različnih vrst materialov (umetne mase, trde gume, duroplastičnih laminatov). Preizkušanje po standardu ISO 75 je primerno za oblikovanje ocene vzdržljivosti različnih materialov ob upoštevanju dejstva, da ne vključuje vseh vplivov, ki nastopajo v praksi (čas in vrsta obremenitve). Prvi del tega standarda vsebuje splošno razlago preizkušanja, opisuje izvedbo preizkusne naprave in opredeljuje veličine preizkušanja: standardni poves, temperaturo držanja oblike, robni raztezek, upogibno napetost in upogibno silo. Drugi del tega standarda navaja

~ T EHN I Č NE

Z AHT E V E~

velikosti mehanskih obremenitev pri določanju temperature držanja oblike. Tretji del pa navaja specifične predpise preizkušanja trdnih duroplastičnih laminatov in umetnih snovi, ojačanih z dolgimi steklenimi vlakni. Ta standard opredeljuje naslednje postopke določanja temperature držanja oblike: – postopek A: epruveta je obremenjena z upogibno napetostjo 1,80 MPa, – postopek B: epruveta je obremenjena z upogibno napetostjo 0,45 MPa, – postopek C: epruveta je obremenjena z upogibno napetostjo 8,00 MPa. K vsaki oznaki metode A, B, C pripišemo še malo črko e oziroma f glede na to, ali je epruveta položena na ozko (e) ali široko (f) stranico. Za meritev uporabimo standardno epruveto (Preglednica 1.4), jo položimo v posodo na dve valjasti podpori in jo v sredini obremenimo s predpisano utežjo (Slika 1.31). Med preizkusom je epruveta potopljena v tekočino, ki dobro prevaja toploto. Lahko je glicerin, silikonsko olje, transformatorsko olje ali drugo primerno sredstvo, ki na epruveto ne učinkuje agresivno. Tekočino segrevamo s hitrostjo 120 °C/h. Postopek je končan, ko se epruveta upogne za vrednost povesa, izračunano glede na mere epruvete in robni raztezek v velikosti 0,2 %. Poves merimo z merilno urico. Preglednica 1.4: Standardni povesi glede na mere in lego epruvete (mere so v milimetrih. Tip epruvete l = 80 b = 10 h = 4 ± 0,2 l = 120 b = 9,8 do 15,0 h = 3,0 do 4,2

Višini h in b 3,8 3,9 4,0 4,1 4,2 9,8 do 9,9 10,0 do 10,3 10,4 do 10,6 10,7 do 10,9 11,0 do 11,4 11,5 do 11,9 12,0 do 12,3 12,4 do 12,7 12,8 do 13,2 13,3 do 13,7 13,8 do 14,1 14,2 do 14,6 14,7 do 15,5

Poves 0,36 0,35 0,34 0,33 0,32 0,33 0,32 0,31 0,30 0,29 0,28 0,27 0,26 0,25 0,24 0,23 0,22 0,21

Lega epruvete na širši stranici f (flatwise)

F h

F = 2σ . b . h2/3 L

na ožji stranici e (edgewise)

b h

F = 2σ . h . b2/3 L

Veličine preizkušanja: – standardni poves s: Vsaki obremenitvi pripada neki poves. Po standardu ISO 75 merimo tisti poves, ki ustreza izbranim napetostim pri preizkušanju. Odvisen je od mer in lege preizkušanca (Slika 1.31).

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

– upogibna napetost je napetost na robni površini epruvete v sredini med dvema podporama. Izbrane napetosti preizkušanja so 1,8 MPa, 0,45 MPa in 8 MPa. – upogibna sila F: Pri tritočkovni obremenitvi, ki je uporabljena v tem standardu, izračunamo obremenitev F glede na izbrano upogibno napetost in mere preizkušanca po naslednjih enačbah: M = W•σ M upogibni moment W odpornostni moment σ robna upogibna napetost M=F•L/4 (upogibni moment pri tritočkovni upogibni obremenitvi) W=b•h2/6 ali W=h•b2/6 (odpornostni moment pravokotnika glede na lego epruvete) Iz tega sledi: F=2•σ • b•h2/3•L ali F=2•σ• h•b2/3•L (odvisno od lege epruvete, Preglednica 1. 4) – robni raztezek je sprememba mere zunanje strani epruvete v odstotkih. Pri standardnem povesu je omejen na vrednost 0,2 %. – temperatura držanja oblike Tf je temperatura, pri kateri poves doseže vrednost standardnega povesa. Temperatura mehčanja Vicat (VST) po standardu EN/ISO 306 (36 do 37) angleško: nemško:

Vicat softening temperature Tv (VST) Vicat-Erweichungstemperatur (VST)

Preizkušanje po tem standardu je primerno samo za termoplaste, ki imajo določljivo območje hitrega začetka mehčanja materiala. Pri amorfnih termoplastih se mehčanje dogaja v območju steklastega prehoda, pri delnokristaliničnih materialih pa v območju taljenja kristalinične strukture. S preizkušanjem po Vicatu dobimo temperaturno točko, imenovano temperatura mehčanja VST, pri kateri se termoplast začne hitro mehčati. Ta standard opredeljuje štiri postopke za določanje temperature mehčanja: – postopek VST A50 z obremenitvijo 10 njutnov in hitrostjo gretja 50 °C/h, – postopek VST B50 z obremenitvijo 50 njutnov in hitrostjo gretja 50 °C/h, – postopek VST A120 z obremenitvijo 10 njutnov in hitrostjo gretja 120 °C/h, – postopek VST B120 z obremenitvijo 50 njutnov in hitrostjo gretja 120 °C/h.

~ T EHN I Č NE

Z AHT E V E~

utež merilna urica

utež

kopel

merilna urica epruveta

ø 1,13 mm

1 mm

kopel

epruveta l

Slika 1.31: Shematski prikaz postopka HDT

A = 1 mm

Slika 1.32: Shematski prikaz postopka Vicat

Postopek je končan, ko se igla z izbrano obremenitvijo ugrezne v segreto epruveto 1 milimeter globoko (Slika 1.32). Med postopkom narašča temperatura z izbrano hitrostjo. Epruveta je potopljena v ustrezno dobro prevodno tekočino, kot so silikonsko, parafinsko, glicerinsko ali transformatorsko olje, ali druge tekočine, ki ne topijo epruvete. Za preizkus uporabimo standardno epruveto z debelino 3 do 6,5 milimetrov, z osnovno ploskvijo najmanj 10 x 10 milimetrov. Postopek priprave epruvete mora biti usklajen s standardi ISO 293, ISO 294 ali ISO 3167. Kako se uvrščata temperaturi držanja oblike HDT in mehčanja VST amorfnih in delnokristaliničnih materialov glede na temperaturi steklastega prehoda Tg in taljenja Tm, pojasnjuje Preglednica 1.5. Navedeni materiali so vzeti naključno iz dostopnih katalogov lastnosti materialov.

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

Preglednica 1.5: Prikaz temperatur HDT in VST glede na temperaturi Tg in Tm Naziv materiala Modul elastični Tg Tm Tbrizganja HDT/A HDT/B VST/ natezni MPa 1,8 0,45 B50 nekondic./ °C °C °C MPa MPa kondic. °C *PA6 Durethan B30S 3.200/1.000 222 260 ~55 ~160 ~200 *PA6 GF Durethan BKV30H 9.800/6.100 222 200 215 >200 **PC Makrolon 2605 2.400 145 290 124 136 144 **PC GF Makrolon 8035 4.900 ~148 300 135 141 147 *PA6 Ultramid B3S 3.400/1.200 220 250-270 65 180 *PA6 GF Ultramid B3WG6 9.500/6.200 220 270-390 210 220 * delnokristalinični material, ** amorfni material

Preglednica 1.5 številčno ponazarja dogajanja v diagramih za amorfne in delnokristalinične materiale (Slika 1.29 in 1.30). Iz preglednice je razvidno, da se pri amorfnih materialih (**) temperaturna odpornost drastično zmanjša v ozkem področju steklastega prehoda Tg. Amorfni material PC Makrolon 2605 prenese pri temperaturi 124 °C veliko mehansko obremenitev 1,8 mega paskalov (MPa) Pri nekoliko višji temperaturi 136 °C prenese samo še 0,45 mega paskalov (MPa) mehanske obremenitve. V področju nad temperaturo steklastega prehoda Tg amorfni material ne more prenašati mehanskih obremenitev. Steklena vlakna toplotno odpornost materiala bistveno ne povečajo. Drugače je pri delnokristaliničnih materialih. Iz preglednice je razvidno,da je temperatura mehčanja VST/B pri neojačanem delnokristaliničnem materialu 200 °C , kar je visoko nad temperaturo steklastega prehoda Tg približno 55 °C (glejte vrednost VST/B za neojačan material Durethan B30S). Delno kristalinični materiali lahko prenašajo mehanske obremenitve v širokem temperaturnem področju med Tg in Tm. Steklena vlakna bistveno povečajo vrednost HDT/A. Temperatura uporabe (38, 38a, 38b) Temperature držanja oblike HDT/A, B, C in temperaturi mehčanja Vicat VST/A, B, o katerih smo pisali v prejšnji številki revije, spadajo v kategorijo kratkotrajnih temperaturnih obremenitev, ki opredeljujejo sposobnost prenašanja toplotnih obremenitev pri sorazmerno majhnih mehanskih obremenitvah. Da bi uporabniku posredovali dodatne informacije o toplotnih lastnostih materialov, se le-ti preizkušajo v pogojih toplotnega preizkušanja brez mehanskih obremenitev. Rezultat takega preizkušanja je temperatura uporabe, ki je navadno nekoliko višja od vrednosti temperatur, ki izhajajo iz ugotavljanja temperatur HDT in VST ob navzočnosti minimalnih mehanskih obremenitev.

~ T EHN I Č NE

Z AHT E V E~

Pomen temperature uporabe Temperatura uporabe (Obrazec 1.1) je lastnost materiala, ki opredeljuje njegovo temperaturno odpornost. Razlikujemo zgornjo in spodnjo ter dolgotrajno in kratkotrajno temperaturo uporabe. Dolgotrajna temperatura uporabe je temperatura, ki jo material lahko prenaša več deset tisoč ur brez omembe vrednega poslabšanja njegovih lastnosti. Kratkotrajna temperatura uporabe je temperatura, ki jo material lahko prenaša nekaj minut ali nekaj ur. Za določanje dolgotrajne temperature uporabe (zaporedna številka 38) imamo mednarodno uveljavljene standarde, ki pa jih sistem CAMPUS ne uporablja. Za določanje kratkotrajne temperature uporabe (zaporedna številka 38a) še ni mednarodno uveljavljenega standarda. Proizvajalci materialov jo določajo po svojih internih postopkih, zato v podatkovnih katalogih ni postopkov preizkušanja. Enako velja tudi za določanje spodnje temperature uporabe, ki je navadno nižja od 0 stopinj Celzija (zaporedna številka 38b). Dolgotrajna temperatura uporabe (38) nemško: angleško:

Dauergebrauchstemperatur Long Term Service Temperature

standarda: DIN EN ISO 2578; UL 746B Dolgotrajna temperatura uporabe, imenovana tudi relativni temperaturni indeks (RTI), je najvišja temperatura, pri kateri ima material po izteku izbranega časa in temperaturne obremenitve še najmanj 50 odstotkov svojih izhodiščnih lastnosti. Za primerjavo lastnosti materiala pred preizkušanjem in po njem so zaradi občutljivosti za dolgotrajno staranje pri temperaturnih obremenitvah izbrali tri kriterije: – preizkus električne prebojne trdnosti (RTI Elec), – preizkus vlečne udarne trdnosti (RTI Imp), – preizkus natezne trdnosti (RTI Str). Vsi trije preizkusi se opravijo ločeno pri sobni temperaturi po ohladitvi in normaliziranju preizkušanca. Preizkus je pomemben, ker z njim odkrivamo časovno odvisno staranje, propadanje materiala in poslabšanje njegovih lastnosti zaradi procesov oksidacije pri dolgotrajnem delovanju zvišanih temperatur. Visoka vrednost RTI ob dolgem delovanju temperaturne obremenitve je zgovoren podatek o dobri odpornosti materiala proti staranju, tako da se z njo dobavitelji materiala radi pohvalijo. Vrednost RTI se določi na podlagi preizkušanj velikega števila preizkusnih epruvet. Proces staranja se vrši v preizkusnih pečicah v mehansko neobremenjenem sta-

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

nju pri različnih temperaturah in različno dolgo. Za vsako izbrano temperaturo ugotavljajo čas, po izteku katerega je ohranjenih še 50 odstotkov vrednosti izhodiščnih lastnosti. Za preizkušanje izberejo take temperature, da se 50-odstoten padec lastnosti zgodi v razmeroma kratkem času, po 500 do 5.000 urah. Iz dobljenih rezultatov se potem z enačbo za procese staranja izračunajo tudi zelo dolgi časi staranja in njim pripadajoče vrednosti RTI. Dolgotrajni preizkusi zato niso potrebni. Proizvajalci materialov podajajo vrednosti RTI za čas staranja 5.000 in 20.000 ur glede na standard DIN ISO EN 2578 in 100.000 ur, kar je več kot 11 let, glede na standard UL 746B. Toplotni raztezek (39 in 40) Polimerni materiali se, tako kot drugi materiali, pri segrevanju raztezajo in pri ohlajanju krčijo. Ker so največkrat anizotropni (različne lastnosti v različnih smereh), se tudi raztezajo v različnih smereh različno. Zato proizvajalci materialov podajajo vrednost raztezka za vzdolžno in prečno smer raztezanja. CAMPUS uporablja za opredeljevanje toplotnega raztezka prvi in drugi del standarda ISO 11359. Po teh standardih določamo naslednje veličine: Linearni toplotni razteznostni koeficient – vzdolžni (39) Linearni toplotni razteznostni koeficient – prečni (40) nemško: angleško: standarda:

Längenausdehnungs-Koeffizient (parallel/senkrecht) Thermal coefficient of linear expansion (longitudinal/transverse) ISO 11359 – ½

Prvi del tega standarda opredeljuje izvedbo naprave za merjenje raztezka, drugi del pa opredeljuje postopek izračuna vrednosti raztezka. Toplotni raztezek je značilnost materiala, ki označuje spremembo velikosti neke snovi pri spreminjajoči se temperaturi. Ta značilnost je izražena z njunim količnikom, ki se imenuje razteznostni koeficient. Razlikujemo dolžinski (linearni) toplotni razteznostni koeficient in prostorninski (volumenski, kubični) razteznostni koeficient. Linearni toplotni razteznostni koeficient α pove, koliko se podaljša ali skrajša en meter neke snovi pri temperaturni spremembi enega kelvina. Kubični toplotni razteznostni koeficient β pove, koliko se zveča ali zmanjša en kubični meter neke snovi pri temperaturni spremembi enega kelvina. V obeh primerih je enota K-1. Za homogene snovi velja, da je β = 3α. Razteznostni koeficient se veliko uporablja za opredeljevanje medsebojne odvisnosti treh procesnih veličin: tlaka, temperature in specifičnega volumna, ki so vstavljene v tako imenovani diagram p - v - T. Na podlagi te odvisnosti lahko optimiramo proces brizganja in določimo skrček izdelka glede na tlak in temperaturo taline v trenutku polnjenja kalupa.

~ T EHN I Č NE

Z AHT E V E~

Po standardu ISO 11359/2 izračunamo linearni toplotni razteznostni koeficient α (Slika 1.33), in sicer z naslednjo enačbo: α = ΔL/ ΔT x 1/L0 α L0 L T

linearni toplotni razteznostni koeficient (K-1) dolžina epruvete pri sobni temperaturi (μm) dolžina epruvete pri temperaturi T (μm) temperatura (K)

Postopek merjenja raztezka temelji na termomehanski analizi TMA, pri kateri zabeležimo mersko spremembo preizkušanca kot funkcijo temperature in/ali časa nekega kontroliranega programa. Preizkušanec vložimo v prijemalo pod merilno sondo. Mehki materiali se lahko pri temperaturi nad Tg pod vplivom pritiska merilne sonde udrejo. Zato med merilno sondo in epruveto vložimo metalno podložko, da preprečimo nedopusten ugrez sonde. Tlak sonde je od 5 do 10 milinjutnov. S tem zagotovimo dober stik med epruveto in sondo. Prijemalo se vstavi v grelno komoro. Hitrost segrevanja je 10 kelvinov na minuto. Uporabimo okroglo sondo s premerom od 2 do 5 milimetrov s ploskim vrhom. Sonda sledi raztezku epruvete. Premikanje sonde se pretvori v električni signal, ki je potreben za računalniško obdelavo podatkov in izris krivulje raztezka. Sprememba naklona krivulje je znak spremembe strukture materiala, ki se zgodi na območju steklastega prehoda. Zato je ta postopek primeren tudi za določanje Tg (Slika 1.33). Razteznostni koeficient je enakomeren le v določenem temperaturnem območju in ga proizvajalec materiala navede v katalogu podatkov. Polnila občutno vplivajo na velikost raztezka. Steklena vlakna se orientirajo v vzdolžni smeri, raztezek pa je v tej smeri omejen. Večji je v prečni smeri. Z mešanjem polimera s steklenimi ali grafitnimi vlakni lahko raztezek približamo kovinskim materialom, ki je mnogo manjši od raztezka polimerov brez polnil. Usklajevanje in preprečevanje nekontroliranega raztezka je pomembna dejavnost pri konstruiranju posameznih sklopov.

T (K) Slika 1.33: Raztezek kot funkcija temperature

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

Stopnje gorljivosti (42 do 47) Toplotne lastnosti, o katerih smo pisali v prejšnjih poglavjih, veljajo za področje normalne uporabe, preoblikovanja in predelave termoplastičnih materialov. V nadaljevanju pa bomo obravnavali posebno toplotno lastnost – razkrajanje materiala in spremljajoče škodljive pojave, kot so gorenje, tlenje in goreče kapljanje, ki ne spadajo več v področje normalne uporabe materialov in naprav. Razkroj se zgodi, če se plastični material lokalno ali na večji površini segreje nad temperaturo razkrajanja. Pri tem nastajajo plini, ki z okoliškim zrakom tvorijo gorljivo zmes. V stiku z izvorom vžiga se ta zmes lahko vname. Izvor vžiga pa je lahko zelo različen. Pri elektrotehničnih napravah je izvor vžiga lahko slab kontakt na kabelskih priključkih, ki povzroča iskrenje in lokalno pregrevanje. Mnoge mednarodne in državne institucije si prizadevajo za varno delovanje naprav iz plastičnih materialov v kritičnih pogojih delovanja, pri katerih lahko pride do razkroja in vžiga. Rezultat teh prizadevanj je mnogo standardov, izdelanih po merilih neke panoge, pri čemer s svojimi standardi izstopajo ameriški UL (Underwriters Laboratories). Standard Underwriters Laboratories UL 94 opredeljuje gorljivost z različnimi stopnjami oziroma razredi, ki imajo naslednje oznake: HB, V-2, V-1, V-0 ter 5 V s stopnjama 5 VB in 5 VA. Navedeni kriteriji gorljivosti so razporejeni po vrsti od najmilejšega HB do najstrožjega 5 VA. Te kriterije gorljivosti po standardu UL 94 sta povzela standarda ISO IEC EN 60695 11-10 (z razredi HB, V-2, V-1, V-0) ter 60695-11-20 (z razredom 5 V ter stopnjama 5 VB in 5 VA), ki ju uporablja tudi CAMPUS (Obrazec 1.1). Stopnje gorljivosti HB, V-2, V-1, V-0 (42 in 43) nemško: angleško:

Brennverhalten Burning behavior

standard ISO IEC EN 60695-11-10 Oznake razredov: HB V

Horizontal burning test (horizontalni preizkus gorljivosti – postopek A) Vertikal burning test (vertikalni preizkus gorljivosti – postopek B)

Stopnja gorljivosti HB Stopnja gorljivosti HB predstavlja najnižje zahteve glede odpornosti proti gorenju. Preizkusijo tri epruvete. Vsako označijo z dvema prečnima črtama na razdaljah 25 mm in

~ T EHN I Č NE

100 mm od konca epruvete (Slika 1.34). Na drugem koncu vpnejo epruveto v držalo, tako da je nagnjena pod kotom 45 stopinj.

25 mm

Z AHT E V E~

75 mm

25 mm

žična mreža

Tudi gorilnik je nagnjen pod kotom 45 stopinj. Moč plamena je 50 W, njegova višina epruveta pa 20 mm. Epruveto zažigajo v območju 6 125 x 13 x ≤ 13 mm mm od konca epruvete. Plamen gorilnika gori 30 sekund, nato ugasne. Potem opa- Slika 1.34: Gorljivost po UL 94 HB (vir: zujejo gorenje epruvete. Ko plamen goreče Bayer, Brandschutztechnische Information) epruvete doseže prvo prečno črto, začnejo meriti čas gorenja epruvete in dolžino zgorelega dela. Če plamen goreče epruvete doseže prvo prečno črto še pri prižganem gorilniku, gorilnik ugasnejo že pred iztekom 30 sekund. Rezultat preizkušanja je izpolnitev kriterija HB 40 oziroma HB 75 na podlagi hitrosti gorenja epruvete, katere vrednost izračunajo po enačbi: v = 60 L/t v hitrost gorenja epruvete v milimetrih na minuto L dolžina zgorelega dela epruvete od prve prečne črte do mesta med prvo in drugo prečno črto, kjer je epruveta ugasnila t čas, v katerem plamen goreče epruvete opravi pot L Material izpolni zahteve gorljivosti HB, če je izpolnjen eden od naslednjih pogojev: a). Po ugasnitvi gorilnika epruveta ne gori. b). Po ugasnitvi gorilnika epruveta gori. Plamen ali sled gorenja ne presežeta druge prečne črte. c). Sled gorenja preseže drugo prečno črto, hitrost gorenja pa ne preseže vrednosti 40 mm na minuto pri debelini epruvete od 3 do 13 mm oziroma hitrost gorenja ne preseže vrednosti 75 mm na minuto pri debelini epruvete, manjši od 3 mm. d). Če hitrost gorenja pri debelini epruvete 3,0 mm ±0,2 mm ne preseže vrednosti 40 mm na minuto, se prizna kriterij gorenja epruvete z debelino 1,5 mm. Material izpolni zahteve gorljivosti HB 40, če je izpolnjen eden od naslednjih pogojev: a). Po ugasnitvi gorilnika epruveta ne gori. b). Po ugasnitvi gorilnika epruveta gori. Plamen ali sled gorenja ne presežeta druge prečne črte. c). Sled gorenja preseže drugo prečno črto, hitrost gorenja pa ne preseže vrednosti 40 mm na minuto.

Z AH T E V E~

Material izpolni zahteve gorljivosti HB 75, če plamen preseže drugo prečno črto, hitrost gorenja pa ne preseže vrednosti 75 mm na minuto.

Stopnja gorljivosti UL 94 V

127 mm

~ T EHN I Č NE

Stopnje gorljivosti V-0, V-1, V-2

300 mm

Za ta preizkus pripravijo set petih epruvet. Vsako navpično vpnejo v držalo, tako da je 300 mm odmaknjena od vodoravne podlage, na kateri je 6 mm debela blazinica iz vate (Slika 1.35). vata

Pod epruveto je gorilnik, ki epruveto zažiga s plamenom, dolgim 20 mm. Vrh plamena je 10 mm nad začetkom epruvete. Moč pla- Slika 1.35: Preizkus po UL 94 V-0, V-1, mena je 50 W. Zažiganje epruvete poteka V-2 (vir: Bayer, Brandschutztechnische dvakrat po 10 sekund. Drugo zažiganje se Information) začne takoj, ko epruveta po prvem zažiganju preneha goreti. Če po prvem zažiganju epruveta ne zagori, takoj nadaljujejo z drugim zažiganjem. Čas gorenja po prvem zažiganju izmerijo in označijo s t1. Čas gorenja po drugem zažiganju označijo s t2. Ko epruveta ugasne in začne tleti, izmerijo še čas tlenja t3. Tako preizkusijo vseh pet epruvet in izračunajo skupni naknadni čas gorenja tf po dvojnem zažiganju z gorilnikom po enačbi: tf = Σ (t1,i + t2,i) tf t1,i t2,i t3

skupni naknadni čas gorenja v sekundah prvi naknadni čas gorenja v sekundah za vsako od petih epruvet drugi naknadni čas gorenja v sekundah za vsako od petih epruvet čas tlenja v sekundah za vsako od petih epruvet po izteku časa gorenja t2

Razvrstitev v posamezne razrede gorljivosti na podlagi pogojev iz Preglednice 1.6: Če je izmerjena vrednost tf med 51 in 55 sekund za razred V-0 in med 251 in 255 sekund za razreda V-1 in V-2, se preizkušanje lahko ponovi z novim setom petih epruvet. Stopnje gorljivosti 5 V, 5 VA in 5 VB (45) standard ISO IEC EN 60695-11-20

~ T EHN I Č NE

Z AHT E V E~

Preglednica 1.6: Kriteriji za stopnje gorljivosti V-0, V-1 in V-2 Stopnja gorljivosti V-0

V-1

V-2

t1 + t2

≤ 10 s

≤ 30 s

≤ 50 s

≤ 250 s

t2 + t3

≤ 30 s

≤ 60 s

gori ali tli do vpetja

vata se vname zaradi ne padajočih gorečih kapelj

127 mm

Pogoji

Ta standard predpisuje strožja merila za opredeljevanje gorljivosti kot prejšnji standard. Preizkus po tem standardu se izvaja v dveh korakih.

300 mm

predhodno zažiganje s plamenom 2x po 10 s

vata

Slika 1.36: Preizkus po UL 94 5 V – prvi korak (vir: Bayer, Brandschutztechnische Information)

Prvi korak 5 V Standardno epruveto, veliko 125 x 13 x ≤ 13 mm, navpično vpnejo v stojalo in jo zažigajo z velikim plamenom z močjo 500 W. Plamen je dolg 125 mm, njegovo jedro pa 40 mm in se dotika spodnje ploskve epruvete. Zažiganje izvajajo 5-krat po 5 sekund v Slika 1.37: Preizkus po UL 94-5 V – druenakih presledkih po 5 sekund. Po končagi korak (vir: Bayer, Brandschutztechninem petem zažiganju mora goreča epruvesche Information) ta ugasniti najpozneje v 60 sekundah. Potem epruveta ne sme tleti. Med gorenjem ne smejo nastajati goreče kaplje, ki bi lahko vžgale spodaj podstavljeno vato (Slika 1.36). Drugi korak Ploščato epruveto, veliko 150 x 150 x ≤13 mm, preizkušajo v vodoravnem položaju. Gorilnik je pod ploščato epruveto. Zažiganje poteka enako, z enako močnim plamenom in enakimi časovnimi presledki kot pri navpičnem vpetju podolgovate epruvete pri prvem koraku preizkusa 5 V (Slika 1.37).

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

Drugi korak izvajajo po dveh kriterijih: 5 VB in 5 VA. Po kriteriju 5 VB je dovoljeno, da pri gorenju nastane luknja v plošči. Po kriteriju 5 VA veljajo enake zahteve, le da v plošči ne sme nastati luknja. V Preglednici 1.7 so predstavljeni kriteriji preizkušanja po UL 94-5 V. Preglednica 1.7: Kriteriji preizkušanja po UL 94-5 V Prvi korak Drugi korak Epruveta Vpetje Zažiganje Naknadno gorenje in tlenje Goreče kaplje Luknja v plošči

UL 94-5 V 125 x 13 x ≤ 13mm navpično 5 x 5 sekund ≤ 60 sekund ne /

UL 94-5 VA 150 x 150 x ≤ 13 vodoravno 5 x 5 sekund ≤ 60 sekund ne ne

UL 94-5 VB 150 x 150 x ≤ 13 vodoravno 5 x 5 sekund ≤ 60 sekund ne da

UL 94-5 VA je najstrožji med vsemi UL-preizkusi, ki se uporabljajo za ognjevarna ohišja pisarniških strojev. Le-ta morajo biti iz materialov, ojačanih s steklenimi vlakni, če je njihova debelina manjša od 1,5 mm. Naslednji po zahtevnosti je UL 94-5 VB. Gorljivost na osnovi indeksa kisika in preizkus z žarečo žico (46 in 47) Obnašanje polimernih materialov pri gorenju je zelo kompleksno, zato so poleg standardov UL 94 pripravili še mnoge druge metode preizkušanja gorljivosti. Opisali bomo le še dve in s tem sklenili obravnavanje toplotnih lastnosti polimernih materialov. Ti metodi sta preizkus gorljivosti na osnovi indeksa kisika, ki ga uporablja tudi sistem CAMPUS, in preizkus gorljivosti z žarečo žico, ki ga sistem CAMPUS ne uporablja. Oba postopka sta zelo primerna za opredeljevanje gorljivosti in vžiga, kar omogoča dober nadzor teh lastnosti. Gorljivost na osnovi indeksa kisika (46) nemško: Sauerstoff-Index angleško: Oxygen Index standard DIN EN ISO 4589-2 Standard DIN EN ISO 4589-2 opredeljuje postopek določanja indeksa kisika, ki predstavlja minimalno količino kisika v odstotkih v zmesi kisika in dušika, ki pri temperaturi 23 °C ± 2 °C še zadošča za gorenje omejenega obsega. Čim večja je vrednost indeksa kisika, manjša je možnost gorenja. Šteje se, da je material z vrednostjo indeksa kisika, manjšo od 23, gorljiv, od 24 do 28 delno gorljiv, od 29 do 35 odporen proti gorenju in z indeksom kisika, večjim od 36, posebno odporen proti gorenju.

~ T EHN I Č NE

plamen

Z AHT E V E~

Preglednica 1.8: Vrste epruvet za določanje indeksa kisika po EN ISO 4589-2

epruveta peščena blazina

N2/O2 - dovod

Slika 1.38: Preizkus gorljivosti glede na indeks kisika (vir: BASF, Brandverhalten-B 576 d, 9.86)

Oblika Dolžina Širina Debelina Vrsta snovi epruvete v mm v mm v mm I 80–150 10 ± 0,5 4 ± 0,25 material za predelavo II 80–150 10 ± 0,5 10 ± 0,5 penjeni material III 80–150 10 ± 0,5 ≤ 10,5 plošča IV 70–150 6,5 ± 0,5 3 ± 0,25 alternativna velikost V 140 52 ± 0,5 ≤ 10,5 gibka plošča VI 140–200 20 0,02–0,10 tenka folija

Potek postopka Namensko epruveto iz neke snovi (Preglednca 1.8) navpično vpnemo v stekleni valj, skozi katerega teče izbrana mešanica kisika in dušika (Slika1.38). Zgornji konec epruvete vžgemo z gorilnikom in opazujemo, ali čas gorenja in dolžina zgorelega dela epruvete ustrezata kriterijem preizkusa (Preglednica 1.9). Valj je iz stekla odpornega na toploto. Dolžina valja je 500 ± 50 mm, premer pa od 75 do 100 mm. Zgornji izhod valja je zožen s pokrovom, tako da je omogočena hitrost pretoka mešanice najmanj 90 mm/s. Gorilni plin je propan. Dovod plina je nastavljen tako, da je dolžina plamena 16 ± 4 mm. Za ugotavljanje dolžine zgorelega dela zarišejo na epruveto eno ali več prečnih črt. Ločimo dva postopka, in sicer A in B. Pri postopku A je plamen usmerjen na zgornjo čelno ploskev epruvete. Na epruveti je zarisana prečna črta na oddaljenosti 50 mm pod zgornjim koncem epruvete. Plamen gorilnika gori največ 30 sekund. Po vsakih petih sekundah plamen odmaknejo, da ugotovijo, ali je zagorel ves zgornji rob. Čim zagori ves zgornji rob, ugasnejo in umaknejo gorilnik ter začnejo meriti čas gorenja epruvete in dolžino zgorelega dela. Pri postopku B je plamen usmerjen na zgornjo čelno ploskev in delno na stransko ploskev. Gorilnik je premaknjen navzdol, tako da plamen zažiga stransko steno do globine 6 mm od zgornjega roba epruvete. Tudi v tem primeru traja zažiganje največ 30 sekund. Vsakih 5 sekund umaknejo plamen, da vidijo, ali sta zagoreli čelna in stranska ploskev. Pri tem postopku ima epruveta dve prečni črti, ena je 10 mm, druga pa 60 mm pod zgornjim robom. Ko epruveta enakomerno zagori in plamen doseže prvo prečno črto, ugasnejo

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

in umaknejo gorilnik ter začnejo meriti čas gorenja epruvete in dolžino zgorelega dela pod prvo prečno črto. V Preglednici 1.9 so podani kriteriji preizkusa. Če nista dosežena niti čas gorenja 3 minute niti dolžina zgorelega dela do spodnje prečne črte, ker plamen predčasno ugasne, ponovimo preizkus z novo epruveto in povečamo količino kisika, potrebnega za intenzivnejše gorenje.

Preglednica 1.9: Kriteriji za določanje indeksa kisika po EN ISO 4589-2 Oblika Postopek Kriteriji epruvete Čas Meja gorenja gorenja v mm po vžigu s I, II, III, A 180 50 mm pod IV in VI zgornjim robom epruvete B 180 50 mm pod zgornjo prečno črto V B 180 80 mm pod zgornjo prečno črto

Če sta presežena ali čas gorenja 3 minute ali dolžina zgorelega dela epruvete pod spodnjo prečno črto, ponovimo preizkus z novo epruveto in zmanjšamo količino kisika. Postopek ponavljamo, dokler ne ugotovimo minimalne koncentracije kisika, ki še omogoča gorenje, tako da plamen doseže enega od pogojev, nato pa ugasne. Preizkus z žarečo žico (47) nemško: angleško: standardi:

Glühdrahtprüfung (GWT) Glow wire test (GWT) IEC EN ISO 60695-2-od 11 do 13

Ti standardi opredeljujejo preizkuse vžiga preizkušanca z žarečo žico, pri katerih posnemajo dogajanja pri uporabi neprimernih elektrotehničnih izdelkov in naprav, kjer lahko pride do vžiga zaradi pregretosti ali žarenja posameznih kovinskih prevodnikov električnega toka. Preizkušanec pritrdijo na stojalo preizkusne naprave in ga s silo 1 njutna pritisnejo na žarečo uporovno žico (Slika 1.39). Čas stika je 30 sekund. Ugrez konice žareče žice je omejen. Po odmiku preizkušanca od žareče žice merijo čas gorenja preizkušanca in beležijo prisotnost gorečih kapelj. Preizkušanec je lahko celoten izdelek ali del izdelka, lahko pa se namesto izdelka preizkušajo okrogle ali kvadratne preizkusne ploščice. Standard EN 60695-2-11 opisuje preizkušanje celotnega izdelka, standarda

preizku�anec �are�a �ica (maks. 960 °C) vozi�ek

svileni papir

Slika 1.39: Preizkus z žarečo žico (vir: BASF, Brandschutztechnische Aspekte)

~ T EHN I Č NE

Z AHT E V E~

EN 60695-2-12 in 13 pa opisujeta preizkušanje ploščice. Po teh standardih določajo temperaturo žareče žice GWT, temperaturo vnetljivosti GWFI in temperaturo vžiga GWIT. Opis postopka preizkušanja z žarečo žico GWT po standardu EN 60695-2-11 Po tem standardu določajo temperaturo žareče žice GWT na celotnem izdelku. angleško: Glow Wire Temperature nemško: Glühdrahttemperatur Temperaturo žarilne žice GWT izberejo po lestvici glede na pogoje uporabe izdelka. Izbrane temperature so navedene v Preglednici 1.9. Šteje se, da izdelek zdrži preizkus, če pri neki temperaturi GWT preizkušanec po 30-sekundnem delovanju žareče žice ne zagori ali tli oziroma plamen ali tlenje ugasne najpozneje v 2 sekundah po odmiku izdelka od žareče žice. Podloga iz svilenega papirja se ne sme vžgati zaradi gorečih kapelj in tlečih ogorkov. Opis postopka preizkušanja z žarečo žico GWFI po standardu EN 60695-2-12 Po tem standardu določajo indeks vnetljivosti GWFI. angleško: Glow Wire Flammability Index nemško: Glühdrahtentflammbarkeitsindex Za postopek uporabijo kvadratno ali okroglo preizkusno ploščico. Običajno preizkušajo kvadratno ploščico 60 x 60 mm. Indeks vnetljivosti GWFI je najvišja temperatura žareče žice, pri kateri preizkušanec po 30-sekundnem delovanju žareče žice ne zagori ali tli oziroma plamen ali tlenje ugasne najpozneje v 30 sekundah po odmiku ploščice od žareče žice. Podloga iz svilenega papirja, ki je nameščena pod preizkušancem, se ne sme vžgati zaradi gorečih kapelj in tlečih ogorkov. Temperature preizkušanja so predpisane po stopnjah (Preglednica 1.10). Opis postopka preizkušanja z žarečo žico GWIT po standardu EN 60695-2-13 Po tem standardu določajo temperaturo vžiga GWIT. angleško: Glow Wire Ignition Temperature nemško: Glühdrahtentzündungstemperatur Za preizkus običajno uporabijo ploščico 60 x 60 mm. Temperature preizkusa so razvrščene po stopnjah od 500 do 960 °C. Temperatura vžiga GWIT je za 25 °C (30 °C pri zadnji stopnji 960 °C) višja od maksimalne temperature, pri kateri se preizkušanec v treh zaporednih preizkusih po odmiku od žareče žice ne vžge oziroma ne gori dlje kot 5 sekund. Podloga iz svilenega papirja, ki je nameščena pod preizkušancem, se ne sme vžgati zaradi gorečih kapelj in tlečih ogorkov.

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

Preglednica 1.10: Kriteriji preizkusov vžiga z žarečo žico

Preizkušanec Temperatura žice v °C

Čas dotika žareče žice Število preizkusov Kriteriji po odmiku žareče žice

1.3.4

IEC 60695-2-11 GWT celoten izdelek 550, 650, 750, 850, 960, določeno glede na pogoje uporabe izdelka 30 s 1 – Preizkušanec se ne vžge. – Preizkušanec gori največ 2 sekundi. – Podloga se ne vžge.

IEC 60695-2-12 GWFI

IEC 60695-2-13 GWIT ploščica 60 x 60 mm debelina 0,75 - 1,5 - 3,0 mm 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 960 standardizirane temperaturne stopnje preizkusa 30 s

3 – Preizkušanec se ne vžge. – Preizkušanec gori največ 30 sekund. – Podloga se ne vžge.

3 – Preizkušanec se ne vžge. – Preizkušanec gori največ 5 sekund. – Podloga se ne vžge.

DOLOČANJE ELEKTRIČNIH LASTNOSTI (48 do56)

Polimerni materiali so večinoma zelo dobre izolacijske snovi. Zato jih pri električnih napravah uporabljamo za izolacijo delov, skozi katere teče električni tok, da ne pride do preboja in kratkega stika. Tako kot mehanske in toplotne lastnosti, so tudi električne lastnosti zelo odvisne od okoliških vplivov. Zato so pripravili ustrezne standarde preizkušanja, ki vse te vplive upoštevajo in predpisujejo. Od mnogih standardiziranih postopkov preizkušanja električnih lastnosti uporablja CAMPUS le nekatere od njih, ki se nanašajo na preizkušanje dielektričnih in izolacijskih lastnosti, ter prebojne trdnosti preizkušanca.. Dielektrične lastnosti (48 do 51) Pri polimerih in drugih izolacijskih materialih, ki jih uporabljajo za področje visokofrekvenčne tehnike (na primer radarji), mikrovalovne tehnike, ali za izdelavo kondenzatorjev, morajo preveriti njihove dielektrične lastnosti in sicer dielektrično konstanto in dielektrični faktor izgub. Dielektrične lastnosti (di pomeni v latinščini ločevanje) so električne lastnosti izolanta imenovanega dielektrik, ki je med dvema prevodnima ploščama (elektrodama) priklopljenima na vir električne napetosti izpostavljen delovanju električnega polja. Dielektrične lastnosti se preizkušajo na standardizirani izvedbi kondenzatorja pri frekvenci izmeničnega toka 100 Hz in 1 MHz. Dielektrična konstanta (pri 100 Hz in 1 MHz) (48 in 49) nemško: angleško: standard:

Dielektrizitätzahl Relative permitivity IEC 60250

~ T EHN I Č NE

Z AHT E V E~

Dielektrična konstanta izolirnega materiala εr je po standardu IEC 60250 razmerje med električno kapaciteto kondenzatorja CM, pri katerem je dielektrik preizkusni material, in kapaciteto kondenzatorja CL enake izvedbe, le da ima vlogo dielektrika zrak ali vakuum (Slika 1.40). Za preizkus se običajno uporabi suh zrak, saj ima praktično enake dielektrične lastnosti kot vakuum. εr = CM/CL dielektrik U Slika 1.40: Shema kondenzatorja

Vakuum je odličen izolator in idealen dielektrik. Kondenzator s takim dielektrikom se ne pregreva, torej nima nobenih električnih izgub. Za dielektrik izberemo snov z dobrimi izolacijskimi lastnostmi. Običajni izolirni materiali, kot je večina plastičnih mas, niso idealni dielektriki, omogočajo pa večjo kapaciteto kondenzatorja, kot ga ima vakuumski kondenzator. Dielektrična konstanta je merilo za njeno velikost in je večja od 1. Večina plastičnih mas ima εr med 2 in 5 in se v električnem polju le neznatno pregreva. Nekatere keramične snovi imajo εr med 40 in 80. Te so za zmogljive kondenzatorje še posebno primerne. Če se nek material uporabi le kot električni izolator, izberemo takega, ki ima čim manjšo vrednost εr. Dielektrični faktor izgub pri 100 Hz in 1MHz (50 in 51) nemško: Dielektrischer Verlustfaktor angleško: Dissipation factor standard: IEC 60250 Dielektrik, ki je pod vplivom električnega izmeničnega polja, reagira glede na svoje dielektrične lastnosti različno. Spremljajoči učinek je segrevanje izolirne snovi. Atomi in molekule izolirne snovi so dipolne enote s svojimi pozitivno oziroma negativno nabitimi konci in se v električnem polju usmerjajo kot železni opilki v magnetnem polju. Za to se porabi energija električnega polja, posledica pa je segrevanje dielektrika. V primeru idealnega dielektrika-vakuuma ali zraka, tega segrevanja ni, ostali dielektriki pa so potrošniki energije. Izguba je merljiva in je izražena z dielektričnim faktorjem izgub. V električnem izmeničnem polju z idealnim dielektrikom si napetost in jakost električnega toka v obliki sinusne krivulje sledita ena za drugo s faznim zamikom 90°. Pri neidealnem dielektriku nastanejo omenjene izgube, zaradi katerih se kot zamika 90° med napetostjo in jakostjo toka zmanjša za neko vrednost. Kot, za katerega se zmanjša kot za-

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

mika 90°, se imenuje dielektrični kot izgub, tangens tega kota pa dielektrični faktor izgub. Nizek faktor izgub je zaželen v radarski in mikrovalovni tehniki. Za te namene izbiramo med nepolarnimi plastičnimi materiali, kot sta na primer PE in PS. Segrevanje dielektrika je lahko tudi koristno. V visokofrekvenčni varilni tehniki so zaželeni plastični materiali, ki imajo velik dielektrični faktor izgub, zlasti pri povišanih temperaturah. Tak material je na primer PVC. Dielektrična konstanta in dielektrični faktor izgub se merita z isto napravo. Rezultat je močno odvisen od temperature, vlage, napetosti in frekvence električnega izmeničnega polja. Izolacijske lastnosti (52 in 53) Električne izolacijske lastnosti so predstavljene kot upornost telesa, ki se zoperstavlja pretoku električnega toka. Pri tem razlikujemo notranjo upornost telesa pri pretoku električnega toka skozi telo (prevodna upornost) in površinsko upornost pri pretoku električnega toka po površini telesa. V standardu IEC 60093 so te izolacijske lastnosti predstavljene s specifično prevodno upornostjo in specifično površinsko upornostjo. Specifična prevodna upornost (52) nemško: angleško: standard:

Spezifischer Durcghangswiderstand Volume resistivity IEC 60093

Prevodna upornost R, merjena v Ώ, je razmerje med istosmerno napetostjo U v voltih med dvema elektrodama, nameščenima na izolacijskem telesu, in tokom I v amperih, ki teče skozi izolirno telo, pri čemer se izključi vpliv površinskega toka tako, da ga odvedemo mimo merilnega mesta preko zaščitne elektrode 2 (Slika 1.41). R = U/I (Ώ) Iz upornosti R izračunajo upornost na prostorninsko enoto preizkušanca imenovano specifična prevodna upornost ρD tako, da upornost R pomnožijo s količnikom površine elektrode F in debeline preizkušanca L. ρD = R·F/L (Ώm ali Ώcm) Specifična prevodna upornost je odvisna od okoliških pogojev, ki delujejo na preizkušanec. Manjša je pri višji temperaturi preizkušanca in večji vlažnosti okolice. Materiali s specifično upornostjo 108 Ώcm veljajo kot dobri izolatorji. Višja je vrednost, boljši je izolator. Za preizkušanje se uporabljajo obliki preizkušanca prilagojene elektrode. Za tr-

~ T EHN I Č NE

preizkušanec

Z AHT E V E~

preizkušanec

dm 1 2

Slika 1.41: Preizkušanje prevodne upornosti

Slika 1.42: Preizkušanje površinske upornosti

dne snovi ploščatih oblik uporabimo epruveto 60 x 60 x 2 mm in krožne elektrode (Slika 1.41). Za valjasta telesa, kot so na primer kabli, uporabimo cevaste epruvete z valjastimi elektrodami. Elektrodi 1 in 3 priključijo na vir istosmerne napetosti. Običajno izberejo napetost 500 V. Tok, ki teče skozi telo, je zelo majhen in se meri v pikoamperih. Vrednosti napetosti in toka običajno odčitajo po vsaki minuti. Če dve meritvi zapovrstjo dasta enak rezultat, se meritev konča. Iz izmerjenih vrednosti U in I izračunajo upor R, iz tega pa specifični upor ρD. Če se stanje na merilnih instrumentih ne umiri niti po 100 minutah, zapišejo v poročilo, da je upor časovno odvisen. Specifična površinska upornost (53) nemško: angleško: standard:

Spezifischer Oberflächenwiderstand Surface resistivity IEC 60093

Površinska upornost Ro je upornost med elektrodama 1 in 2 (Slika 1.42), nameščenima na površini preizkušanca, in je izražena s količnikom istosmerne napetosti U med obema elektrodama ter površinskim tokom I. Dobljena vrednost je močno odvisna od vlažnosti zraka, onesnaženosti površine, debeline preizkušanca in oblike elektrode. Specifična površinska upornost ρs je upornost na enoto površine. ρs = Ro·Π·dm/g dm g

premer krožne elektrode 1 presledek med obema elektrodama 1 in 2

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

Električne prebojne lastnosti (54 do 56) CAMPUS uporablja za vrednotenje električnih trdnostnih značilnosti dva postopka: - ugotavljanje električne prebojne trdnosti, - ugotavljanje primerjalnega števila CTI za plazeče tokove. Električna prebojna trdnost (54) nemško: angleško: standard:

Elektrische Durchschlagfestigkeit Electric strength IEC 60243-1

Električna prebojna trdnost označuje izolacijsko zmožnost materiala pri frekvenci omrežja od 48 do 62 Hz. Navzočo napetost, pri kateri pride do preboja, delimo z debelino preizkušanca med dvema prevodnima ploščama, in dobimo vrednost v KV/mm (Slika 1.43). Uporabi se epruveto 60 x 60 x 1 mm. Standard določa trajanje obremenitve v sekundah in stopnjo obremenjevanja v voltih na sekundo. Primerjalno število CTI in CTI-M za plazeče tokove (55 in 56) nemško: angleško: standard:

Vergleichszahl der Kriechwegbildung CTI Comparative tracking index CTI IEC 60112

Upornost elektroizolacijskih materialov proti plazečim tokovom zaradi onesnaženja in vlage je izražena s primerjalnim številom CTI. Definiran je kot maksimalna napetost, pri kateri izolirno telo ob prisotnosti prevodne raztopine in zoglenelih produktov zaradi iskrenja še ne odpove. Čim višje je število CTI, boljši električni izolator je izolirno telo. Materiali, ki pri 600 V še ne odpovedo, veljajo kot materiali, ki so zelo odporni proti plazečim tokovom. Postopek določanja CTI je precej problematičen. Elektrodi, razmaknjeni 4 mm, sta pritisnjeni na epruveto ≥15 x ≥15 x ≥3 mm ter povezani z virom nastavljive izmenične napetosti velikosti od 100 do 600 V in s frekvenco od 48 do 62 Hz (Slika 1.44). Postopek začnejo z napetostjo, ki ustreza pričakovanemu rezultatu, in je mnogokratnik števila 25. Prednostne nastavitve so 175, 250, 300, 375 in 500 V. Izbrano napetost zvišujejo po stopnjah po 25 V, ali pa vsakič nastavijo novo višjo vrednost napetosti, ki je mnogokratnik števila 25. Pri vsaki novi nastavitvi vključijo kapljanje petdesetih kapelj prevodne tekočine. Preizkušanec po vsaki spremembi napetosti premaknejo na novo mesto, da se na enem mestu ne nabere preveč zoglenelih prevodnih snovi. Napetost višajo, dokler ne pri-

~ T EHN I Č NE

Z AHT E V E~

prevodna tekočina

preizkušanec

elektrodi

60° 4 epruveta

Slika 1.43: Shema preizkusa prebojne trdnosti

Slika 1.44: Ugotavljanje primerjalnega števila CTI (vir: G.E.P. Materialien mit Profil, 1992)

de do preboja. Najvišja stopnja napetosti pri kateri še ne pride do preboja, je primerjalno število CTI. Pri tem veljajo naslednji pogoji: - pasti mora 50 predpisano velikih kapelj prevodne tekočine v intervalih po 30 sekund, - na petih mestih (premaknitev preizkušanca) ne sme priti do preboja, - če steče med obema elektrodama tok, ta ne sme presegati jakosti 0,5 A in časa 2 sekund, - če zagori prevodna obloga, ki nastane zaradi posušenih kapljic in iskrenja, mora plamen ugasniti v 2 sekundah. Postopek nadaljujejo z novim kompletom preizkušancev pri napetosti, ki je za 25 V nižja od dobljene vrednosti CTI. Število kapelj se poveča na 100. To ponovijo petkrat, in vsakič premaknejo preizkušanec na novo mesto. Na nobenem mestu ne sme priti do preboja. Nekateri materiali ne izpolnijo predstavljenega pogoja. Za te materiale poiščejo najvišjo napetost pri 100 kapljah tako, da znižujejo napetost po stopnjah 25 V. Vrednost tako dobljene napetosti, pri kateri pri 100 kapljah ne pride do preboja, zapišejo v oklepaju poleg vrednosti CTI. Prevodna raztopina A je sestavljena iz 0,1% amonijevega klorida in destilirane vode. Za zahtevnejše kriterije se uporabi še bolj prevodno raztopino B sestavljeno iz 0,1% amonijevega klorida, 0,5% alken-naftalen-sulfonata in destilirane vode. Vrednost CTI po strožjem kriteriju ima oznako CTI-M.

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

1.3.5 DOLOČANJE SPLOŠNIH LASTNOSTI TERMOPLASTIČNIH MATERIALOV (57 do 59) Splošne lastnosti polimernih materialov, ki so v sistemu CAMPUS predstavljene z lastnostma vpijanje vode (57 in 58) ter gostota (59) – Obrazec 1.1, so ravno tako pomembne za opredeljevanje lastnosti plastičnih materialov in nadzor njihove predelave, kot do sedaj opisane reološke, mehanske, toplotne in električne lastnosti. Gostota je hitro in enostavno merljiva lastnost materiala, na osnovi katere lahko ugotavljamo možne fizikalne ali kemične spremembe v strukturi materiala pri njegovi predelavi. Sprememba gostote nas opozarja na motnje v procesu in narekuje preverjanje procesa. Druga lastnost-vpijanje vode lahko vsestransko deluje na ostale lastnosti materiala. To zlasti velja za poliamide. Nekatere vrste poliamidov v normalnih okoliških pogojih pri 50 odstotni relativni vlažnosti zraka absorbirajo 2,5 odstotka vode. Pri tem se žilavost in raztezek znatno povečata, togost, trdota in trdnost pa se zmanjšajo. Pri potopitvi takih materialov v vodo se vpijanje vode še poveča vse do vrednosti zasičenja 10 odstotkov, ki velja za pogoje absorbcije v vodi. Pri tem se lastnosti tako poslabšajo, da izdelki iz takih materialov niso primerni za dolgotrajno delovanje v stiku z vodo. S steklenimi vlakni ojačani materiali so manj občutljivi za take vplive. Vpijanje vode in vlage (57 in 58) nemško: angleško: standard:

Wasseraufnahme water absorption DIN EN ISO 62, 1999

Ta standard opredeljuje postopek ugotavljanja vpijanja vode (57) in vlage (58) na osnovi spremembe mase plastičnega preizkušanca po izpostavljanju vplivu vode ali vlažnega zraka pri različnih temperaturah in časih izpostavljanja. Za preizkus uporabijo standardno epruveto debeline 1 ali 2 milimetra po standardu ISO 294-3, tip D1. Za vsak izbrani material preizkusijo najmanj 3 preizkušance. Glede na velikost in obliko preizkušanca lahko dobijo različne rezultate preizkušanja. Preizkušance očistijo z nevtralnim čistilom. Da se zračni mehurčki pri potapljanju ne oprimejo površine, morajo biti gladki. Standard ISO 62 opredeljuje 4 postopke preizkušanja: Postopek 1: Ugotavljanje vpijanja vode v vodi s temperaturo 23 °C Rezultata tega postopka sta odstotek absorbirane vode pri pogojih potapljanja 12 urah in 23 °C ter odstotek absorbirane vode pri zasičenju po nekem času in temperaturi 23 °C.

~ T EHN I Č NE

Z AHT E V E~

Postopek poteka takole: -

sušenje preizkušancev v sušilni komori 24 ur pri temperaturi 50 °C, ohlajanje v eksikatorju (posoda za sušenje) na sobno temperaturo, tehtanje na ±1 mg natančno (masa m1), potopitev preizkušanca za 24 ur v destilirano vodo s temperaturo 23 °C, brisanje preizkušanca do suhega in takojšnje ponovno tehtanje (masa m2).

Za ugotavljanje zasičenosti z vodo preizkušance ponovno potopijo v destilirano vodo s temperaturo 23 °C in po nekem času ponovno stehtajo. Lestvica časov potapljanja je 24, 48, 96, 192 ur itn. Po vsakem potapljanju preizkušanec obrišejo in stehtajo. Ko teža ne narašča več, je dosežena stopnja zasičenosti. Postopek 2: Ugotavljanje vpijanja vode v vreli vodi Tudi ta postopek daje dva rezultata: odstotek absorbirane vode po 30 minutah in pri temperaturi 100 °C, ter odstotek absorbirane vode pri zasičenju po nekem času in pri temperaturi 100 °C. Postopek 2 je enak postopku 1, le da so časi potapljanja 30 minut, temperatura potopne vode pa je 100 °C. Postopek 3: Ugotavljanje količine v potopni vodi izločenih delcev Če obstaja sum, da material preizkušanca vsebuje snovi, ki se med potopitvijo v vodo izločijo, se količina absorbirane vode ugotavlja po naslednjem postopku: -

Po opravljenima prvima dvema postopkoma preizkušance sušijo 24 ur v sušilni komori pri temperaturi 50 °C. Tehtanje suhega preizkušanca (masa m3). Če je masa m3 manjša od mase m1, nastalo razliko upoštevajo, kot je navedeno v naslednjem odstavku. Dejansko količino absorbirane vode izračunjo tako, da k povečanju deleža mase po vpijanju vode (m2- m1) prištejejo izgubljeno vrednost deleža delcev, ki so se raztopili v vodi (m3- m2).

Količina absorbirane vode c v odstotkih glede na izhodiščno maso m1 je: c = (m2- m3)·100/m1 Postopek 4: Ugotavljanje vpijanja vode v vlažnem zraku Postopek 4 je enak postopku 1, le da je pri postopku 4 preizkušanec v klimatizirani komori pri temperaturi 23 °C izpostavljen vplivu vlažnega zraka z Rh 50 odstotkov.

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

Za neke namene se lahko določijo drugačni pogoji preizkušanja v klimatizirani komori in sicer, da je vrednost Rh med 70 in 90 odstotkov, temperatura vlažnega zraka v komori pa med 70 in 90 °C. Za postopke 1,2 in 4 velja naslednji izračun vrednosti absorbirane vlage c v odstotkih glede na vrednost izhodiščne mase m1: c = (m2- m1)·100/m1 Ugotavljanje gostote (59) nemško: angleško: standard:

Bestimmung der Dichte determination of density DIN EN ISO 1183-1, maj 2004

Ta standard opredeljuje tri postopke ugotavljanja gostote nepenjenih polimernih materialov: - postopek A: potapljalni postopek (za polizdelke in izdelke), - postopek B: postopek s tekočinskim piknometrom (za granulat in prah), - postopek C: titracijski postopek (za polizdelke, izdelke in granulat). Postopek A: potapljalni postopek -

Preizkušanec obesijo na tanko žico (debelo največ 0,5 mm) in ga stehtajo (masa m1). Preizkušanec mora imeti primerno velikost, obliko in težo, ki naj ne bo manjša od 1 grama. Običajno ga izrežejo iz večjega kosa epruvete ali končnega izdelka. Površina mora biti gladka in brez vdolbin, da se pri potapljanju ne oprijemajo zračni mehurčki. Preizkušanec, obešen na žički (Slika 1.45), potopijo v primerno tekočino in ga ponovno stehtajo (masa m2). Tekočina je lahko destilirana ali deionizirana voda, ki ji dodajo največ 0,1 odstotka akumulatorske tekočine ali drugega preizku�anec m2 sredstva za preprečevanje oprijemanja zračnih mehurčkov. Za potapljanje lahko izberejo tudi drugo primerno tekočiprotiute� preizkusna no, ki ne vpliva na preizkušanec. teko�ina

Slika 1.45: Shema določanja gostote preizkušanca s potapljalnim postopkom

~ T EHN I Č NE

Z AHT E V E~

Gostoto preizkušanca ρ izračunajo po naslednji enačbi: Ρ = m1·ρt/(m1- m2) m1 m2 ρt

masa preizkušanca tehtana na zraku navidezna masa preizkušanca tehtana v tekočini gostota tekočine

Če je preizkušanec lažji od vode in se ne more potopiti, ga obtežijo z dodatno utežjo, kar upoštevajo pri izračunu gostote. Lahko izberejo tudi drugo tekočino, katere gostota ρt je manjša od gostote preizkušanca, tako da je potopitev preizkušanca možna. Postopek B: Postopek s tekočinskim piknometrom -

Stehtajo prazen, suh piknometer (merilnik gostote tekočin). Vrednost mase označijo z mA. V stehtan piknometer vsujejo ustrezno količino materiala in oboje skupaj stehtajo (masa mB). K materialu dolijejo potopno tekočino do označene višine in ponovno stehtajo (masa mC). Piknometer izpraznijo, očistijo, napolnijo s tekočino do označene višine in stehtajo (masa mD).

Gostoto preizkušanca ρ v g/cm3 izračunajo po naslednji enačbi: ρ = m1·ρt/(mtD-mtC) m1 mtD mtC ρt

masa preizkušanca (mB-mA) masa tekočine, če v piknometru ni materiala (mD-mA) masa tekočine, če je v piknometru material (mC-mB) gostota tekočine

Postopek C: Titracijski postopek Za izvedbo tega postopka potrebujejo dve potopni tekočini z različnima gostotama, ki se med seboj dobro mešata. Ena tekočina ima večjo, druga pa manjšo gostoto od preizkušanca. Postopek poteka takole: -

V merilni lonček nalijejo 100 ml lažje tekočine. Vanjo potopijo preizkušanec, ki potone na dno. V lonček postopoma dolivajo težjo tekočino in rahlo mešajo. Po vsakem dolivanju težje tekočine opazujejo, kaj se dogaja s preizkušancem. Ko se hitrost potapljanja znatno upočasni, zmanjšajo dodajanje druge tekočine.

1 -

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

Tekočino prenehajo dodajati, ko pri rahlem mešanju preizkušanec lebdi v tekočini in se v času 1 minute ne dvigne na površje niti ne potone na dno. V tem stanju se gostota tekočine izenači z gostoto preizkušanca. Gostoto mešanice izmerijo z areometrom, ali jo izračunajo s seštevanjem gostot obeh tekočin glede na njune volumenske dele.

1.3.6 DOLOČANJE SPECIFIČNIH LASTNOSTI TERMOPLASTIČNIH MATERIALOV (60 do 62) Nekateri materiali imajo posebne lastnosti, ki so značilne samo za njihovo skupino. Taki lastnosti sta na primer značilna gostota (samo za polietilen) in stopnja izotaktičnosti (samo za polipropilen). Specifična lastnost je tudi viskoznost, ki na primer pri poliamidih ni določljiva s postopkom ugotavljanja indeksa tečenja taline MFR, med optičnimi lastnostmi pa izstopa prepustnost svetlobe, ki je merljiva samo pri prozornih in prosojnih materialih. Pri materialih, pri katerih odpove ugotavljanje viskoznosti na osnovi indeksa tečenja taline, se uporabi postopek ugotavljanja viskoznosti razredčenih polimernih raztopin s pomočjo kapilarnega viskozimetra. Sistem CAMPUS uporablja za ugotavljanje viskoznosti postopek po standardu DIN EN ISO 1628-1. Viskoznost po tem standardu je izražena z viskoznostnim številom. Značilna gostota polietilena je opredeljena s standardom ISO 1872-1, indeks izotaktičnosti polipropilena pa je opredeljen s standardom ISO 9113 (Obrazec 1.1). Ugotavljanje viskoznosti raztopin visokomolekularnih polimerov Viskoznost razredčenih polimernih raztopin je tako kot viskoznost taline merljiva veličina. Je pokazatelj sposobnosti tečenja taline in v neposredni soodvisnosti od povprečne molekularne mase oziroma povprečne velikosti makromolekule polimera in njene razpršenosti (Slika 1.46), od česar so v veliki meri odvisne uporabne lastnosti polimera. premik zaradi obremenitev

Struktura polimera je sestavljena iz množice različno velikih makromolekul. Krivulja na Sliki 1.46 predstavlja razmerje med velikostjo posameznih makromolekul v opazovani vzorčni količini polimera (na abscisi) in njenim številom (na ordinati). Lastnosti polimera so opredeljene s statistično povprečno vrednostjo makromolekularne

molekuralna masa Slika 1.46: Povprečna makromolekularna masa (vir: SKZ, 1971)

~ T EHN I Č NE

Z AHT E V E~

mase, navedene na abscisi pod vrhom krivulje. Z meritvijo viskoznosti lahko ugotavljamo spremembo lastnosti polimera zaradi različnih obremenitev, katerim je polimer izpostavljen (toplota, vpliv kemikalij, atmosferski vplivi, predelovalni vplivi itn). Zaradi teh obremenitev se makromolekule razcepijo. Krivulja na Sliki 1.46 se premakne v področje nižjih makromolekularnih mas, kar pomeni nižjo izmerjeno viskoznost in zato slabše lastnosti polimera. Zato se meritev viskoznosti čedalje več uporablja za nadzor kakovosti polimernih materialov po predelavi z namenom preverjanja ustreznosti proizvodnega procesa in za nadzor kakovosti vhodnega materiala. Predpogoj za uspešno meritev viskoznosti je ustrezna priprava polimera v raztopljenem stanju. Viskoznostno število (60) nemško: angleško: standard:

Viskositätszahl Viscosity number DIN EN ISO 1628 z deli od 1 do 6

Del 1 je splošni del, deli od 2 do6 pa opredeljujejo postopke določanja viskoznostnega števila po vrsti za PVC, PE in PP, PC, PET in PBT, ter PMMA. Določanje viskoznosti PA opredeljuje standard ISO 307, viskoznost CA pa opredeljuje standard ISO 1157. Določanje viskoznostnega števila I sloni na primerjavi pretočnih časov topila in razredčene polimerne raztopine v kapilarnem viskozimetru. Viskoznostno število upošteva viskoznosti obeh tekočin in količino polimera v raztopini. Izraženo je z enačbo: I = (η/η0 - 1)·1/c (cm3/g) η η0 c

viskoznost raztopine viskoznost topila koncentracija topila (g/ml)

Časa pretokov topila in raztopine se merita z istim viskozimetrom pri temperaturi 25 °C. Lahko je tudi 100 ali več stopinj, odvisno od postopka. Časa pretokov obeh tekočin skozi kapilarno cev viskozimetra sta proporcionalna pripadajočima viskoznostma obeh tekočin. Zato velja za viskoznostno število tudi naslednja enačba: I = (t/t0 - 1)·1/c t t0 c

(cm3/g)

čas pretoka raztopine čas pretoka topila koncentracija topila (g/ml)

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

Meritev časov se vrši v dveh zaporednih preizkusih. Za izračun vrednosti I upoštevajo aritmetični sredini obeh časov. Za opredelitev viskoznosti raztopine uporabljajo tudi vrednost K, zlasti za opredeljevanje viskoznosti polivinilklorida. Vrednost K je tako kot vrednost I značilna za opredeljevanje srednje molekularne mase in sposobnosti tečenja taline. V praksi poznamo primerjalne tabele za preračunavanje vrednosti I v vrednost K, ki je merilo za povprečno stopnjo polimerizacije. Standard ISO 1628 opredeljuje obliko in izmere viskozimetra glede na vrsto vzorca. Na Sliki 1.47 je shematsko prikazan viskozimeter po standardu ISO 3105. Tip viskozimetra določijo glede na razmerje med viskoznostjo in gostoto topila pri temperaturi postopka. Čas in način priprave raztopine sta opredeljena s pripadajočim standardom za preizkušanje nekega polimera. Topilo ne sme povzročiti njegove razgradnje. Koncentracija polimera je ponavadi med 0,1 g/100 ml in 7 g/100 ml. Izbere se taka koncentracija, da je razmerje med časom pretoka raztopine in časom pretoka topila med 1,2 in 2.

(vir: Bayer, ATI 1107, 1997)

260 do 290

130 ± 5

90 ± 5

Viskozimeter sestoji iz treh cevi 1, 2 in 3. Cevi 2 in 3 sta posebno oblikovani in na posameznih mestih razširjeni v obliki zalogovnikov za vlivanje in prečrpavanje vzorca. Zapovrstjo izmerijo pretočnost topila in po3 1 2 limerne raztopine, pri čemer merijo čas, ki je potreben, da se gladina vzorčne tekočine zniža od oznake M1 do oznake M2. Najprej vlijejo vzorčno tekočino skozi cevko 3 v za9 M2 logovnik 4 do višine M med obema oznakama (približno 12 ml). Viskozimeter nato 8 vložijo v termostatsko prozorno posodo M1 napolnjeno s termostatsko tekočino, tako da je zalogovnik 9 pod njeno gladino. Temperatura kopeli v termostatski posodi je po 7 navadi 25 °C, lahko pa je tudi 100 in več stopinj. Odstopanje temperature kopeli je ±0,05 °C, pri temperaturi nad 100 °C pa je dovoljeno odstopanje ±0,2 °C. 6 Čim se viskozimeter z vzorcem segreje nad M temperaturo preizkušanja, zaprejo cevko 1. 5 Cevke odpirajo in zapirajo z ročnimi ven4 tili. Cevko 2 priklopijo na podtlak, ali pa (mere v mm) cevko 3 na nadtlak. Tako se vzorec bodisi prečrpa bodisi potisne iz zalogovnika 4 v Slika 1.47: Viskozimeter Ubbelohde prostor 8 in 9. Cev 1 nato odprejo. Vzorec

~ T EHN I Č NE

Z AHT E V E~

začne iztekati po kapilarni cevi 7 mimo okrogline 6 v prostor 5. Ko vzorec priteče do odprtine na spodnjem koncu cevke 1, odprejo cevko 2, da vzorec lažje odteče. Meritev se prične, ko gladina vzorca doseže oznako M1 in konča, ko gladina vzorca doseže oznako M2. Meritev se večkrat ponovi in izračuna srednjo vrednost časa iztekanja. Iz časa, ki je potreben, da neka količina steče skozi kapilaro, lahko izračunajo viskoznost raztopine. Določanje viskoznostnega števila poliamidov standard: DIN EN ISO 307 Standard ISO 307 opredeljuje postopek določanja viskoznostnega števila raztopine nekega poliamida v ustreznem topilu. S tem postopkom je dana možnost pridobivanja stvarnih podatkov o sposobnosti tečenja taline poliamidnih materialov, kar s postopkom ugotavljanja indeksa taline ni mogoče. Postopek po standardu ISO 307 je primeren za poliamide z naslednjimi oznakami: PA46, PA6, PA66, PA69, PA610, PA612, PA11, PA12, PA6T/66, PA6I/6T, PA6T/6I/66, PA6T/6I, PA6I/6T/66, PAMXD6, kopoliamide in ostale poliamide, ki so pod predpisanimi pogoji popolnoma topni v predpisanem topilu. Vsebovane netopne snovi kot so mineralna polnila, steklena ali karbonska vlakna, moramo oddvojiti iz raztopine. Standard ISO 307 temelji na že opisanem standardu ISO 1628-1 in priporoča za poliamidne materiale dva tipa viskozimetrov, tip 1 in tip 2 po standardu ISO 3105 z notranjim premerom kapilarne cevi 0,58 mm in 1,03 mm, glede na razmerje med viskoznostjo topila in njegovo gostoto. Za topilo se lahko uporabi 96 odstotna žveplena kislina, 90 odstotna mravljična kislina, 99 odstotni mm-krezol, 99 odstotni fenol, 85 odstotna ortofosforna kislina in nekatere mešanice naštetih topil, da se izboljša učinek raztapljanja. Pri uporabi mravljične kisline je notranji premer kapilarne cevi 0,58 mm, pri uporabi žveplene kisline in m-krezola pa 1,03 mm. Koncentracija raztopine poliamidov je 0,005 g/ml. Viskoznost se meri pri 25 °C. Če imajo vzorci več kot 2 odstotka dodanih snovi, se ta količina upošteva pri pripravi vzorca. Količina vzorca za testiranje mc se izračuna po naslednji enačbi: mc = 250/[1 – (W1 + W2 + W3)/100] 250 W1 W2 W3

nominalna količina vzorca v mililitrih voda anorganski deli (polnila, vlakna) ostale snovi (ostali polimeri, dodatki za samougasnitev itn)

Iz meritev časov pretokov poliamidne raztopine in topila pri pogojih testiranja izračunajo po predhodno opisanem postopku (standard ISO 1621-1), viskoznostno število, ki je merilo za molekularno maso nekega poliamida in sposobnost tečenja taline poliamida. Za vsakodnevni nadzor procesa uporabijo poenostavljeni postopek določanja viskoznostnega števila brez upoštevanja dodanih snovi.

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

Značilna gostota-samo za PE (61) nemško: angleško: standard:

kennzeichnende Dichte (nur für PE) indicative density (for PE only) ISO 1872-1

Standard ISO 1183, ki predpisuje postopek ugotavljanja gostote polimernih materialov, ni v celoti primeren za PE. Zato se za ugotavljanje gostote PE uporablja standard ISO 1872-1. Zaradi specifičnih lastnosti PE je priprava vzorca nekoliko različna. Po končani specifični pripravi vzorca po standardu ISO 1872-1 se postopek ugotavljanja gostote nadaljuje po standardu ISO 1183 kakor za vse druge materiale, dobljena vrednost gostote pa se zaradi specifične priprave vzorca imenuje značilna gostota. Indeks izotaktičnosti-samo za PP (62) nemško: angleško: standard:

isotaktisches Index (für PP) isotactic index (of PP) ISO 9113

Pri polimerizaciji propilena se olefinske skupine CH3 v makromolekuli polipropilena različno razvrščajo. Z ozirom na to dobimo produkte različnih lastnosti in sicer izotaktični, sindiotaktični in ataktični PP. Pri isotaktičnem PP se grupe CH3 razvrščajo samo na eni strani ogljikove verige. Pri sindiotaktičnem PP se grupe CH3 razvrščajo enakomerno na obeh straneh ogljikove verige v enakomernih presledkih. Pri ataktičnem PP se grupe CH3 razvrščajo na obeh straneh ogljikove verige brez pravega reda in pravila. Tehnično pomemben je izotaktični PP, ataktični PP pa pride v poštev le kot elastomerna komponenta pri premazih in kitih. Polipropilen vsebuje poleg izotaktičnega dela tudi ataktični del. Prisotnost ataktičnega dela ni zaželjena, ker poslabšuje mehanske lastnosti polimera. Njun delež je odvisen od vrste uporabljenih katalizatorjev in drugih pogojev polimerizacije. Delež izotaktičnega dela, imenovan tudi indeks izotaktičnosti, se določa po standardu ISO 9113, in mora biti za praktično rabo polipropilena najmanj 80 odstotkov, v primeru prisotnosti ojačitvenih vlaken pa od 95 do 97 odstotkov.

1.3.7

DOLOČANJE OPTIČNIH LASTNOSTI (63 do 65)

Optične lastnosti snovi in svetlobne pojave kot so lom, odboj in širitev svetlobe v prozornih medijih preučuje nauk o svetlobi, ki se imenuje optika (po grški besedi optikos , kar pomeni »viden«). Optika daje tudi rešitve, kako se ti svetlobni pojavi merijo in praktično uporabijo v vsakodnevnem življenju. Del optike, ki preučuje geometrijske značilnosti svetlobnih žarkov, kot sta lom in odboj svetlobe, se imenuje geometrijska optika. Del optike,

~ T EHN I Č NE

Z AHT E V E~

ki preučuje pojave, ki jih človek zazna s svojimi čutili za vid in so rezultat psihofiziološkega odziva človeka na dražljaje svetlobnega valovanja, imenujejo fiziološka optika. Na to področje spada na primer zaznavanje barv kot posledica dražljajev, ki jih prejme človekovo oko, in je odvisno od valovne dolžine vidnega dela svetlobe v področju valovnih dolžin med približno 380 in 780 nanometri. Proizvajalci plastičnih materialov navajajo za svoje materiale tudi nekatere osnovne optične lastnosti. Te so predvsem svetlobna prepustnost, lomni količnik in barva. Svetlobna prepustnost (63) nemško: angleško: standardi:

Lichtdurchlässigkeit (Transmission) Total luminous transmittance ISO IEC 13468 - 1; DIN 5036 - T3; DIN 1349 - 1

Ti standardi opredeljujejo prehod usmerjenega žarka skozi homogen, izotropen, optično čist, transparenten plastičen material brez spreminjanja smeri svetlobnega žarka. Sistem CAMPUS uporablja standard ISO IEC 13468 – 1. Po teh standardih je svetlobna prepustnost neke snovi opredeljena s količnikom med prepuščenim svetlobnim tokom in vpadnim svetlobnim tokom. τ = (ΦD/Φ0)·100 (v odstotkih) ΦD Φ0

prepuščeni svetlobni tok vpadni svetlobni tok

Če z izvorom svetlobe osvetlimo neko prozorno telo, nastane pri prehodu svetlobe skozi to telo neka izguba. Nekaj svetlobe se zgubi zaradi odboja na površini telesa, nekaj jo telo absorbira, večji del svetlobe pa telo prepusti. Vsota vrednosti odbite, absorbirane in prepuščene svetlobe v odstotkih je 100 odstotkov. Čim bolj je snov prozorna, večja je njena svetlobna prepustnost. PMMA, ki je znan po veliki svetlobni prepustnosti, ima 92 odstotno prepustnost in je primeren za izdelavo leč in prizem raznih optičnih naprav. Lomni količnik (64) nemško: angleško: standard:

Brechungsindex (Brechzahl) Refractive index EN 2155 – 3

Žarku, ki pade poševno na površino prozornega telesa, se pri prehodu v telo spremeni smer gibanja za nek kot (Slika 1.48). Če je medij 1 optično tanjši (redkejši) od medija 2, se vpadni kot žarka α na mejni površini prelomi k vertikali in tvori z njo kot β. V geometrij-

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

ski optiki se količnik med sinusom vpadnega kota žarka in sinusom prelomljenega žarka imenuje lomni količnik ali prelomno število. Izraženo je z enačbo: n = sinα/sinβ n α β

lomni količnik vpadni kot žarka kot prelomljenega žarka

Svetlobnemu žarku se pri prehodu iz enega v drugi medij spremeni tudi hitrost. Največjo hitrost ima svetloba v vakuumu. V gostejšem mediju se hitrost svetlobnega žarka upočasni. Količnik med hitrostjo svetlobe v vakuumu in hitrostjo svetlobe v nekem drugem gostejšem mediju je enak količniku sinusov kotov α in β vpadnega in prepuščenega žarka. Iz tega izhaja naslednja enačba: n = sinα/sinβ = c1/c2 = n2/n1 c1 c2 n1 n2

hitrost vpadnega žarka v mediju 1 hitrost prelomljenega žarka v mediju 2 lomni količnik medija 1 lomni količnik medija 2

Lomni količnik n1 za vakuum je 1. Lomni količniki optično gostejših medijev so večji od 1. Za zrak je na primer 1,000292. V mnogih primerih se zaradi majhne razlike vzame kar 1. Za vodo je 1,33, za PMMA je 1,49, za PC je 1,58, za razne vrste stekel je med 1,45 in 2,14 itn.

medij 1 c1 n1 medij 2 c2 n2

mejna povr�ina

Slika 1.48: Prelom svetlobnega žarka

Slika 1.49: Princip popolnega odboja

~ T EHN I Č NE

Z AHT E V E~

Zakonitosti loma svetlobe se uporabljajo za izdelavo prizem in leč pri optičnih napravah. Z ustreznim oblikovanjem prizme lahko dobimo popoln odboj svetlobe, tako da se žarek odbije v isti črti nazaj. Ta zakonitost se uporablja za izdelavo odsevnikov (žarilcev) v avtomobilski industriji (Slika 1.49). Opredeljevanje barv (65) Standard DIN 5033 – od 1 do 9 V tem standardu je barva opisana kot občutenje dražljaja, ki ga izzove sprejeto elektromagnetno svetlobno žarčenje v mrežnici človekovega očesa. S tem ko mrežnica razdeli energijo sprejetega žarčenja in sam svetlobni žarek na spekter različnih valovnih dolžin, ustvari občutek barvnega videnja. Pri mnogih tehničnih izdelkih je barva izdelka poglavna funkcijska značilnost. Zato je pomembno vedeti, kako se barvo, ki ima zgolj psihofiziološki značaj, enovito opredeli zaradi poznejše natančne reprodukcije. Ker dražljaji, ki ustvarijo občutek barvitega videnja, fizikalno niso merljivi, so barvni vtis opisali s tremi pojmi: s tonom barve, zasičenostjo in svetlostjo glede na valovno dolžino vidnega dela svetlobe. Ton barve je opisan kot dražljaj, ki ga izzovejo različni deli svetlobnega spektra. Vidna svetloba najkrajših valovnih dolžin (približno 400 nanometrov) izzove dražljaj, ki pomeni vijoličasto barvo. Do valovne dolžine 490 nanometrov postopno nastaja modra barva, do valovne dolžine približno 500 nanometrov pa zelena. Od 530 do 570 nanometrov barva postopoma prehaja v rumeno, nato pa preko oranžne (580 do 620 nanometrov) v rdečo (620 do 780 nanometrov). Te tri barvne pojme je mogoče izraziti kvantitativno. Če predpostavljamo, da ima vsaka barva samo te tri značilnosti, se lahko prikaže kot točka v tridimenzionalnem prostoru in enoznačno opredeli s tremi koordinatami x, y in z, za katere velja, da je njihova vsota 1. Glede na to so za opredeljevanje barve na voljo dvoosni koordinatni sistemi, saj je tretja koordinata računsko določljiva. S tem je barva jasno opredeljena.

1.3.8 DODATNE ZAHTEVE (66) Z lastnostjo številka 65 smo sklenili niz običajnih lastnosti materialov, katerih večino vsebuje tudi sistem CAMPUS. Obrazec 1.1 Tehnične zahteve za termoplastični material pa ne bo obstal pri tej številki, saj se število standardov v sistemu CAMPUS, povzetih po raznih nacionalnih standardih, stalno povečuje. Poleg običajnih splošnih lastnosti iz sistema CAMPUS, se lahko kupec in dobavitelj dogovorita za opredelitev dodatnih zahtev, ki jih CAMPUS ne vsebuje, so pa za izdelek pomembne zaradi njegove uporabe v kritičnih podnebnih in drugih razmerah. Lahko se dogovorita še za posebne zahteve, ki niso opredeljene z nobenim obstoječim standardom

~ T EHN I Č NE

Z AH T E V E~

in so lahko stvar know-howa naročnika. Vse te posebne zahteve se vpiše v vrstico DODATNE ZAHTEVE. S tehnočno-prevzemnimi pogoji se želi kar najbolj zaščititi tudi neposrednega proizvodnega delavca pred mogočimi škodljivimi vplivi materiala pri njegovi predelavi. Zato je treba pridobiti ustrezna zagotovila, da je material zdravstveno pa tudi ekološko primeren in da posebni zaščitni ukrepi niso potrebni. Če je material zdravstveno škodljiv, je treba predpisati načine, kako se proti takim vplivom zavarovati. Tovrstne zahteve in priporočila se vpiše v vrstico DOKUMENTACIJA O ZDRAVSTVENI IN EKOLOŠKI PRIMERNOSTI. O ostalih pojasnilih smo že pisali v uvodnem besedilu knjige. S podpisom predstavnikov dobavitelja in kupca postane obrazec zavezujoč dokument, ki je podlaga za urejanje nesporazumov v zvezi z reševanjem težav pri predelavi in uporabi materiala.

1.4 Preglednica nekaterih tehničnih lastnosti termoplastičnih materialov

1.400–3.500

POM – osnovni 1.000–2.500

1.750–3.400

2.900–3.300

22–58

43–73

65–86

49–60

17–66

16–52

65–100

75–80

41–56

36–52

18–51

23,4–36

40–91

16–29

34–40

3,5-5

8–20

19–33

DIN 53455 ISO 527

6–30

6,3–25

5–10

3–6

1–2

2,5–2,6

3,1–3,5

2,1–2,3

2–8

2–20

2–5

4–8

7–14

15–17

7–40

8* Raztezek lezenja [%]

96–117

–40 do 30

110

80–110

90–100

0 do –10

IEC 1006 A DSC/DTA

31* Temp. steklastega prehoda [°C] DIN 53461 ISO 75

55–95

80–136

75–98

68–75

67–95

96–107

87–104

88–103

95–96

76–98

68–97

80–155

47–56

52–70

41–46

44–55

32* Temp. držanja oblike [°C] HDT/A 1,8 MPa

49–96

89–130

37–40

48–95

106–165

110–172

80–103

156

73–96

102–110

99–110

100–106

84–101

81–98

98–152

135–163

DIN 53461 ISO 75

33* Temp. držanja oblike [°C] HDT/B 0,45 MPa

Z AHT E V E~

POM – žilav

PMMA – osnovni

PVDF

600–750 1.700–2.600

PTFE

PVC-P – trši

PVC-P – mehkejši

1.200–3.000

SB – osnovni

PVC-U – osnovni

3.400–4.100 9.650–13.800

SAN – GF 25–30

1.800–2.600

ASA – žilav

SAN – osnovni

1.700–2.600

ABS – osnovni

2.500–5.150 1.800–4.700

PP – T 40

PS – visoko viskozen

4.150–7.000

800–1.450

PP-B – srednje viskozen

PP – GF 30

33–39 1.400–2.080

PP-H – srednje viskozen

110–560

EVA – etilen-cop. (sr. vr.)

800–2.140

DIN 53455 ISO 527

DIN 53457 ISO 527

PE-LD – srednje viskozen

7* Natezna trdnost lezenja [MPa]

6* Modul elastičnosti natezni [MPa]

PE-HD – srednje viskozen

Št. Vrsta materiala GF = steklena vlakna T = talk

~ T EHN I Č NE

Preglednica 1.11: Nekatere mehanske in toplotne lastnosti termoplastov

7 700–2.800

1.600–3.000 3.200–3.500 2.400–3.200 11.000–17.000

PA6/3T – osnovni – suh

PA6/6T – osnovni – suh

PPA – osnovni – suh

PPA – GF 30–40 – suh

1.500

PA610 – osnovni – zasičen 2.100–2.700

2.400

PA610 – osnovni – suh

PA612 – osnovni - suh

5.000–9.600

PA66 – GF 30 – zasičen

PA66 – osnovni – zasičen 6.800–10.400

1.100–1.700

PA66 – osnovni – suh

PA66 – GF 30 – suh

1.850–3.300 3.000–4.000

PA46 – osnovni – suh

5.500–6.000

6.500

PA12 – GF 30 – zasičen

PA12 – GF 30 – suh

1.400–1.800 1.200–2.200

PA12 – osnovni – zasičen

1.400

4.100–7.000

6.500–10.000

100–110

57–61

50–60

60–70

90–135

85–180

45–70

75–98

55–100

105–115

115–130

34–75

36–48

34-40

80–125

90–195

27–80

35–90

DIN 53455 ISO 527

DIN 53457 ISO 527 1.500–2.800

7* Natezna trdnost lezenja [MPa]

6* Modul elastičnosti natezni [MPa]

PA12 – osnovni – suh

PA11 – osnovni

PA6 – GF 30– zasičen

PA6 – GF 30 – suh

PA6 – osnovni – zasičen

PA6 – osnovni – suh

Št. Vrsta materiala GF = steklena vlakna T = talk

DIN 53455 ISO 527

4,5

4–7

10–33

4–5

4,5

5–13

5–8,5

18–22

5–8

2–4

4–25

3–7

8* Raztezek lezenja [%]

150

55–60

105–125

IEC 1006 A DSC/DTA

31* Temp. steklastega prehoda [°C]

50–95

94–95

277–285

120–138

100

75–120

60–90

60–80

200–255

70–100

75–120

90–160

160–165

160–170

42–130

50–60

180–215

180–250

DIN 53461 ISO 75

32* Temp. držanja oblike [°C] HDT/A 1,8 MPa

297–300

138

135

85–140

140–180

180

150–180

240–262

220–262

200–250

200–240

200–280

165–175

172–175

75–145

110–145

145

200–224

200–250

115–200

105–200

DIN 53461 ISO 75

33* Temp. držanja oblike [°C] HDT/B 0,45 MPa

1 ~ T EHN I Č NE Z AH T E V E~

1.900–2.100

11.700–23.300

* pripadnost sistemu CAMPUS; b.l. = brez loma

15 CA

LCP – GF 30– 40

2.800–3.500 10.400–15.500

13 LCP – osnovni

3.500–4.100

12 PEI – osnovni

PEEK – osnovni

PES – GF 30–40

2.400–2.700 8.630–13.800

PES –osnovni 2.200–2.300

7.380–9.900

PPE+SB – osnovni

2.400–2.600

PSU – GF 30

7.000–13.000

PBT – GF 30

PSU – osnovni

2.200–2.800

PBT – visoko viskozen 10.900–18.200

2.500–2.650

PPS – GF 40

2.000–2.400

33–45

85–110

45–50

127

69–80

135

100–145

35–60

55–75

50–65

DIN 53455 ISO 527

DIN 53457 ISO 527

PET – osnovni

7* Natezna trdnost lezenja [MPa]

6* Modul elastičnosti natezni [MPa]

PC – osnovni

Št. Vrsta materiala GF = steklena vlakna T = talk

DIN 53455 ISO 527

2–4

6–7

3–4

6,7

5–5,7

3-5

4–15

3,5

6–11

8* Raztezek lezenja [%]

IEC 1006 A DSC/DTA

215

143

140

228

188

148

95–107

31* Temp. steklastega prehoda [°C]

43–84

230–321

168–282

175–215

152–171

80–95

212–220

195–215

166–188

149–180

250–266

150–215

50–60

60–70

113–140

DIN 53461 ISO 75

32* Temp. držanja oblike [°C] HDT/A 1,8 MPa

50–91

250–277

194–220

300

90–110

215–221

207–220

185–190

176–185

260–282

190–230

130–170

65–75

125–152

DIN 53461 ISO 75

33* Temp. držanja oblike [°C] HDT/B 0,45 MPa

~ T EHN I Č NE Z AHT E V E~

2 VPLIV PARAMETROV PREDELAVE TERMOPLASTIČNEGA MATERIALA NA KAKOVOST IZDELKA 2.1 Vpliv materiala in njegove priprave na kakovost izdelka 2.2 Vpliv orodja in njegove priprave na kakovost izdelka 2.3 Vpliv stroja in njegove priprave na kakovost izdelka 2.4 Razmerje med pripravo, predelavo in strukturo materiala ter kakovostjo izdelka 2.5 Preglednice tehnoloških priporočil

VPLIV PARAMETROV PREDELAVE TERMOPLASTIČNEGA MATERIALA NA KAKOVOST IZDELKA

V premalo nadzorovanem procesu predelave materiala vedno prihaja do različnih motenj. Te motnje izvirajo iz nepravilnega delovanja raznih elementov procesa, kot so: temperirne naprave, naprave za sušenje granulata, manipulatorji, energetski sistemi, itn. Te motnje se seštevajo z motnjami, ki jih povzročajo material in njegova priprava, orodje in njegova priprava, ter stroj in njegova priprava. Za vodenje tako kompleksnih procesov predelave moramo pridobiti ustrezna znanja, ki so na voljo v tehničnih publikacijah proizvajalcev strojev in materialov. Zelo pomembna so znanja o vplivih nastavitvenih parametrov stroja. Pri tem se moramo zavedati, da programiranje in nastavljanje stroja ne more biti uspešno, če niso izpolnjeni osnovni pogoji za brizganje. Ti so: - material mora biti pravilno izbran in pravilno pripravljen za predelavo, - kalup mora biti izdelan z upoštevanjem značilnosti materiala in njegove predelave, - parametri brizganja na stroju morajo biti nastavljeni v okviru priporočil proizvajalca materiala. Med seboj morajo biti usklajeni, da dobimo optimalen izdelek in optimalne pogoje dela, - tehnološki proces v tehnološki dokumentaciji mora biti natančno opredeljen. Vplivi parametrov predelave na kakovost izdelka so v pričujoči knjigi nanizani pod oznakami od P.1 do P.100. Vneseni so v preglednico napak na koncu tretjega dela Napake pri brizganju in njihovo preprečevanje. Parametri so nanizani na horizontalno, pripadajoče napake pa na vertikalno os. S pomočjo te preglednice je odpravljanje procesnih napak precej olajšano.

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

2.1 VPLIV MATERIALA IN NJEGOVE PRIPRAVE NA KAKOVOST IZDELKA (P.55 do P.67) 2.1.1

Priprava dokumentacije

Priprava materiala se izvaja pri vseh tehnoloških postopkih predelave plastičnega materiala in obdelave plastičnih polizdelkov, Vsebuje ravnanje z originalnim materialom, mletim materialom ter odvrženimi plastičnimi polizdelki. Cilj vsakega tehnološkega procesa je izdelovati kakovostne izdelke ob najmanjšem možnem odstotku izmeta. To zagotovimo z dobrim poznavanjem pravilnih postopkov priprave materiala, ki zajema tudi material, pridobljen z mletjem izmeta. Skrbno je treba ločiti še uporaben izmet od neuporabnega in ga pravilno pripraviti za ponovno predelavo. Poleg opisa priprave materiala je treba opozoriti tudi na pomen dobrega poznavanja materialov, da ne bi prihajalo do usodnih zamenjav zaradi velikega števila materialov, ki se pojavljajo v tehnološkem procesu. Za proizvodni proces je treba pripraviti vso tehnološko dokumentacijo, ki se nanaša na ravnanje z materialom. Na koncu drugega dela knjige je priloženo nekaj obrazcev in preglednic tehnoloških priporočil. Pričujoča priporočila za pripravo materiala so sestavni del organizacijskega predpisa za ravnanje z reprodukcijskimi materiali. Na preglednici 2.1 je prikazan postopek priprave materiala v posameznih tehnoloških fazah.

2.1.2

Skladiščenje materiala

Skladišče mora biti suho, da se material, ki se dalj časa ne uporablja, ne navlaži. Najbolje je, da je postavljeno v notranjosti proizvodnega prostora. S tem je suhost zagotovljena. Kljub temu obstaja možnost, da se sčasoma navlaži, zato ga moramo pred predelavo posušiti. Veliko možnosti je, da je že ob prispetju navlažen. Zato je vpeljana praksa, da ves material pred predelavo sušimo (razen nekaterih, kar je v navodilih opredeljeno). Skladišče je urejeno regalno in sicer tako, da so vsi mateiali lahko dostopni. Zagotovljena mora biti njihova poraba glede na datum prispetja. Regali imajo višino 1100 mm, kar je prirejeno skladiščenju kartonskih PAL-BOXOV z vsebino 500 ali 600 kg plastičnega granulata. V te regale se skladiščijo tudi palete s posameznimi vrečami po 25 kg vsebine. Skupna teža znaša 600 kg. Pod regali na tleh je predviden prostor za skladiščenje visokih in težkih palet s težo do 1600 kg. Za vsak material se v obrazec Tehnično-prevzemni pogoji predpiše vrsta pakiranja. Na splošno velja pravilo, da se za materiale z majhno porabo predpisuje pakiranje granulata v vrečah, za veliko porabo pa se predpisuje PAL-BOX z vsebino 500 do 1600 kg. Če prihaja material v vrečah in je teža palete večja od 600 kg, se paleta razdeli na dve manjši paleti, da se jih lahko pospravi v regale. Pri tem je treba paziti,

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

da so preložene palete dobro povite z lepilnim trakom, da se vreče med dvigovanjem in transportom ne razvežejo in padejo na tla. Tak način ravnanja z materialom naj bo dovoljen le izjemoma oziroma začasno. Preglednica 2.1: Tehnološke faze priprave plastičnih materialov Skladišče materiala Originalen material

Mlet material

Deponija materiala v sušilnici Sušilne omare Origin. material Mlet material Pladenj

Mlet material - svež

Zalogovniki Sušilni silosi Originalen material

Pladenj

(Barvanje) - mešanje Ročni transport

Ročni transport

Pnevmatski transport

Zalogovnik pri stroju Sušilni silos pri stroju

Zalogovnik

Stroj

Stroj Separiranje Homogeniziranje

(Barvanje) - mešanje

Barvanje

Stroj

Dobri izdelki

Izmet

Površinska obdelava

Montaža

Izmet

Dobri izdelki

Mlini Separiranje Sejanje

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Za skladiščenje velikih količin enakega materiala je primerno silosno skladišče zunaj proizvodnega objekta.

2.1.3

Sušenje materiala (P55, P67)

Večino plastičnih materialov lahko predelujemo le, če so popolnoma suhi. Zato jih pred predelavo sušimo. Pri tem veljajo nekatera splošna pravila za sušenje, ki jih dobimo od proizvajalca materiala. Splošna pravila za sušenje - Nekateri materiali niso higroskopični in jih ni treba sušiti (PE, PP). - Nekateri materiali so zelo higroskopični. Ti vpijajo vlago, čim embalažo odpremo. - Izdelki iz nekaterih materialov, ki niso pravilno posušeni, so ponavadi zelo krhki in lomljivi (PC, PBT). - Vreče, v kateri je zelo hladen material, ne odpiramo, neglede na to, ali je ali ni higroskopičen, dokler se vsebina ne ogreje na temperaturo prostora. Vlaga iz prostora kondenzira na hladnem granulatu. - Higroskopičnega materiala ni treba sušiti, če je tovarniško suh in pravilno skladiščen. Ponavadi pa vse higroskopične materiale predhodno sušimo, sicer nastanejo v proizvodnji motnje. - Suhost granulata preverjamo z namenskimi napravami. Najobičajnejša sta dva načina sušenja: sušenje v sušilnih omarah in sušenje v sušilnih silosih. Sušenje v sušilnih omarah Parametri sušenja v sušilnih omarah so naslednji: količina sušilnega zraka, suhost zraka, temperatura sušenja in čas sušenja. Sušilne omare imajo običajno dovod in odvod svežega zraka, ogrevane pa so z električnimi grelci. Priporočila za sušenje v sušilnih omarah: - Želeno količino zraka reguliramo z loputo, tako da ne odvajamo čezmerne količine energije. - Krožeči zrak ne sme biti onesnažen s prahom iz okolice ali drobnimi delci drugih plastičnih materialov. Zato mora biti sušilni zrak iz sušilnih omar odveden ven iz sušilnega prostora, prostor za sušenje pa mora biti čist. Dovedeni zrak se v posebnih primerih filtrira. - Elektrostatični granulat privlači prah. Prah ene vrste granulata lahko onesnaži drugi granulat. - V sušilnih omarah se običajno suši več različnih materialov hkrati. V takih primerih moramo razporediti materiale glede na predpisano sušilno temperaturo in glede na barvo.

2 -

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Temperaturo peči moramo večkrat preverjati. Včasih nista usklajeni temperaturi zunaj, na termometru, in znotraj, v peči. Usklajenost preverjamo s temperaturnimi sondami. Potrebno temperaturo sušenja in zadosten čas sušenja je težko določiti. Kot optimalna temperatura za nekatere materiale (PMMA, ABS in PC) velja tista, pri kateri se material ravno še ne zlepi skupaj. Pri tej temperaturi je čas sušenja najkrajši. Pri nekaterih materialih to pravilo ne velja. PA se na primer suši samo pri 80 °C, čeprav material zdrži veliko višje temperature. V primeru PA želimo z nizko temperaturo sušenja preprečiti oksidacijo materiala, ki poslabšuje mehanske lastnosti, povzroča pa tudi spremembo barve materiala. Pogosto odpiranje vrat in pogosto vnašanje novih materialov ni zaželeno, saj se že posušeni material lahko znova navlaži. Sveži material naj bo zato v bližini odvoda zraka. Poskrbeti moramo za pravilno pretočnost materialov, in sicer tako, da uporabimo najprej tiste, ki so najdalj v peči. Zato se daje na sušilni pladenj listek z navedbo začetnega časa sušenja in vrste materiala, da ne pride do zamenjave. Sušilna peč naj ne bo skladišče materiala. Materiale, ki jih trenutno ne uporabljamo, moramo odstraniti iz peči, da ne zasedajo njenih zmogljivosti. Material se suši le tako dolgo, da se posuši. Vsaka ura čezmernega sušenja je nepotreben proizvodni strošek. Predolg čas zadrževanja granulata v peči pri visoki temperaturi povzroča spremembo barve, termično razgradnjo in poslabšuje mehanske lastnosti materiala. Materiale iz peči, ki jih ne potrebujemo več, shranimo v dobro zaprte posode, ki jih označimo z imenom materiala. Material se suši na pladnjih. S prenapolnjenimi pladnji ne povečujemo kapacitete sušenja, ampak ravno obratno. Zaradi večje nasipne višine se material suši bolj počasi, zato ne prihranimo nič. To velja posebno za PC in PEI. Nasipna višina ne sme presegati štirih centimetrov. Pri težko sušečih se materialih, kot je na primer PC, se priporoča še manjša nasipna višina (2 do 3 cm). Pri tem je zelo pomembno, da se držimo priporočenih temperatur sušenja. Za PC na primer velja, da temperatura sušenja ne sme biti manjša od 120 °C. Mleti material se suši posebej, ker je bolj higroskopičen od granulata, zato se mora zaradi večje vsebnosti vlage sušiti dalj časa. Tudi nasipna višina na pladnju mora biti manjša. Čas sušenja za mleti PA6 je na primer 16 do 20 ur.

Kljub številnim naštetim pomanjkljivostim se sušilne omare še veliko uporabljajo. Sušenje v sušilnih silosih Pri tem načinu sušenja so pomembni štirje parametri: temperatura zraka, količina zraka, suhost zraka in čas sušenja. Temperatura zraka Je najbolj vpliven parameter. Ponavadi se nastavi čim višja temperatura, vendar ne smemo prekoračiti kritične temperature, pri kateri se granulat že lepi med seboj ali pa se pojavi

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

oksidacija materiala. Vsekakor moramo upoštevati priporočila proizvajalcev, ki so zbrana v preglednici Podatki za sušenje plastičnih materialov na koncu drugega dela knjige. Čim višja je temperatura, krajši je čas sušenja. Temperatura je za vse silose, ki so vezani na isti sušilnik zraka, enaka. To je v bistvu omejitev, saj ne sušimo vedno enakih materialov. Rešitev težave je, da ima vsak silos dodatni grelec za dodatno gretje vstopnega zraka in se za vsak silos sušilna temperatura neodvisno nastavlja. Količina zraka Zrak služi kod medij za segrevanje in sušenje granulata. Čim več zraka teče skozi granulat, bolj učinkovito je sušenje, oziroma krajši so sušilni časi. Vsak silos ima svojo loputo za regulacijo pretočne količine zraka. Tako lahko uravnavamo neusklajenost med trenutno porabo materiala in velikostjo silosa. Če je poraba majhna, loputo za dovod zraka pripremo in zmanjšamo intenzivnost sušenja Tako ostane več energije za sušenje tistih materialov, ki jih porabimo več. Če nekega materiala, ki je v silosu, trenutno ne potrebujemo, dovod zraka popolnoma zapremo. Temperatura rosišča Vlažen zrak v regeneracijskem tokokrogu odda vlago. Stopnjo suhosti zraka proizvajalci teh sušilnikov izražajo s temperaturo rosišča. Vsaki temperaturi zraka pripada neka maksimalna nasičenost zraka z vlago. Imenuje se temperatura rosišča. Zrak pri nižjih temperaturah vsebuje manj vlage kot pri višjih. Velja, da je zrak, ki je posušen do temperature rosišča –30 °C toliko suh, da zadostuje za sušenje najbolj težavnih mas. Čas sušenja Čas sušenja je odvisen od vseh navedenih parametrov. Opozoriti moramo, da predolg čas v zvezi z visoko temperaturo povzroča pri nekaterih materialih termične poškodbe. Najbolje je, da je poraba materiala na uro čim bolj prilagojena zmogljivosti silosa. To lahko zelo preprosto uravnavamo z nivojskim stikalom za nastavitev količine granulata v silosu. Sušenje v silosih ima v primerjavi s sušenjem v sušilnih omarah naslednje prednosti: - manjša poraba energije, - enostavno ravnanje z materialom, - manjša nevarnost onesnaževanja materiala, - manjša poraba prostora, - možnost nastavitve vsakemu materialu ustrezne temperature, - konstantni pogoji sušenja, - večji sušilni učinek (za nekatere materiale velja, da se v sušilnih omarah ne morejo posušiti).

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Ob koncu proizvodnje moramo neporabljen material umakniti iz sušilnih omar in silosov in ga shraniti v namenske posode, na katere nalepimo imena materialov. To je potrebno zaradi sprostitve sušilnih zmogljivosti in obvarovanja materialov pred škodljivim pregrevanjem. Te materiale ob prvi priložnosti porabimo. Vzdrževanje naprav za sušenje s suhim zrakom (P 66, N 06) Poskrbeti moramo za pravilno delovanje sušilnih naprav. Redno moramo čistiti in zamenjati filtre po navodilih za vzdrževanje sušilnih naprav. Neredno čiščenje filtrov povzroča močno onesnaženost materiala. Servis se opravi, ko so naprave manj obremenjene. Ob7

3 8 1

D I

12 C

Pojasnilo: A. suh zrak B. povratni zrak C. svež zrak D. izhod zraka 1. sušilna celica 1 2. sušilna celica 2

3. 4. 5. 6. 7. 8.

ventil ventilator ventilator za regeneracijo gretje pri regeneraciji gretje pri sušenju lijak sušilnega silosa

9. izolacija 10. zračni filter 11. temperaturno tipalo – za suhi zrak 12. temperaturno tipalo – za regeneracijo 13. tipalo za vlažnost

Slika 2.1- Prikaz sušenja v sušilnih silosih podjetja Colortronic:

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

časno preverjamo tudi temperaturo rosišča. To opravi monter proizvajalca ko opravlja servisna dela v bližnjih podjetjih.

2.1.4

Mletje izmeta (P56, 57, 58, 59, 60)

Mlet material pridobivamo z mletjem plastičnih polizdelkov, ki jih v proizvodnem procesu izločamo kot izmet. Z vsemi možnimi ukrepi moramo zagotoviti normalno predelavo materiala, pri kateri se bo izmet pojavljal v najmanjši možni meri ali pa ga sploh ne bo. Ob zagonu izmet vsekakor nastane. Še uporaben izmet odlagamo v za to pripravljene rdeče zaboje, ki morajo biti skrbno očiščeni, da se novi material ne bi pomešal z ostanki prejšnjega. Te zaboje prestavimo v prostor za mletje. Vsak zaboj za izmet mora imeti oznako materiala, ki se trenutno predeluje, da pri mletju material lažje ločimo. Mletje izločenih izdelkov poteka centralno v prostoru za mletje, kjer so mlini za različne materiale; so pa tudi posebni mlini za mletje ob stroju za tlačno litje. Pri mletju je uporaba zaščitnega sredstva za sluh obvezna. - mletje ob stroju Ti mlini so zelo tihi, ker imajo nizko število vrtljajev. Material režejo brez nastajanja prahu. Mlet material je enakomerno zrnat in zelo primeren za predelavo. Ker mlet material ne vsebuje prahu, je tudi napak na izdelku manj. Mletje ob stroju in takojšnja uporaba mletega materiala je najbolj racionalna, saj odpadejo običajna opravila (transport, mletje, skladiščenje, itn). Mlin ob stroju je direktno povezan z dozirno napravo za mlet material. Mlet material iz mlina se sproti dovaja v lijak stroja. Tako mletje je nekoliko dražje od centralnega, ima pa druge pozitivne učinke. - centralno mletje V prostoru za centralno mletje se zbirajo odpadni izdelki iz vseh proizvodnih oddelkov. Pred mletjem se izdelki izsekujejo, žagajo, ločujejo in meljejo. Pri žaganju, izsekavanju in razbijanju je uporaba zaščitnih očal obvezna. Najbolje je, da se za neke materiale uporablja vedno isti mlin. Pri prehodu iz enega materiala na drugega, se mora mlin dobro očistiti, da se naslednji material ne onesnaži z ostanki predhodnega materiala. Noži morajo biti dobro nabrušeni, da je učinek rezanja čim boljši in nastajanje prahu čim manjše. Mreža naj ima čim večje odprtine, da se material krajši čas drobi. Tako je prahu manj. Za predelavo na manjših strojih se uporabi mreža z manjšimi luknjami, da dobimo manjšo zrnatost mletega materiala. Pri veliki zrnatosti nastopijo težave z dovajanjem materiala skozi vstopno odprtino plastifikatorja zaradi plitve navojnice polža. Uporabnost mletega materiala Mlet material je v večini primerov uporaben material in ga pri neproblematičnih izdelkih in materialih lahko uporabljamo 100-odstotno. Na splošno velja, da ga lahko originalnemu

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

materialu dodajamo 10 do 20 odstotkov brez tveganja, da bi se kakovost izdelka poslabšala. Uporaba mletega materiala je močno omejena, in sicer zaradi utemeljene nevarnosti, da se mlet material med pripravo onesnaži s tujimi primesmi in postane neuporaben. Zato naj velja vsem stopnjam priprave materiala pred predelavo maksimalna pozornost in skrb. Pravila pri ravnanju z izmetom Skrbno moramo ločevati uporabni izmet od neuporabnega. Neuporaben izmet Med neuporabni izmet štejemo izdelke, ki nastajajo ob začetku dela, ali po daljšem zastoju, in so ponavadi mastni, ožgani ali kako drugače onesnaženi s tujim materialom. Tudi izdelke, ki imajo lise zaradi vlage, uvrščamo med neuporabni izmet. To velja zlasti za izdelke iz PC, PC + ABS, PBT. Vlaga pri teh materialih povzroča hidrolizno razgradnjo molekul in drastično poslabša mehanske lastnosti izdelka. Take izdelke moramo takoj ločiti od drugih in jih vreči v smeti, da se ne pomešajo s tistimi, ki jih odlagamo v rdeče zaboje kot uporabni izmet, namenjen za mletje in pripravo kakovostnega mletega materiala. Uporaben izmet Uporaben izmet je ves tisti izmet, ki ga predstavljajo izdelki, ki niso polno uliti ali so posedeni, odlomljeni ali počeni, vendar čisti. Sem sodijo tudi čisti dolivki. Ta izmet uporabimo za pridobivanje prvorazrednega mletega materiala in ga označimo z zeleno etiketo za razliko od drugorazrednega materiala, ki je sicer kakovosten, ni pa popolnoma enovit, saj so v njem ostanki drugih, vendar sorodnih materialov. Tak izmet je produkt večbarvnih in večkomponentnih tehnologij in je namenjen izključno prodaji na prostem trgu.

2.1.5

Mešanje osnovnega in mletega materiala (P60)

Mlet material se ponavadi dodaja originalnemu materialu po sušenju, ker so časi sušenja obeh sestavin različni. Poznamo ročno mešanje in mešanje z dozirnimi napravami. Za dodajanje mletega materiala so razvili namenske naprave. Najenostavnejša in najcenejša dozirna naprava je pnevmatska kretnica, ki zaporedoma dodaja osnovni material in nato mlet material v nastavljenem razmerju. Tako se vrstijo plasti obeh sestavin v lijaku ena za drugo. Tak način doziranja ne omogoča homogenega medsebojnega mešanja, je pa za dodajanje popolnoma enakovrednega mletega materiala zadovoljiv. Pri uporabi mletega materiala mora biti nadzor kakovosti izdelka poostren.

2.1.6

Izločanje kovinskih delcev (P47, 59)

Izločanje kovinskih delcev, ki so v mletem materialu, se opravi neglede na to, ali so magnetni ali nemagnetni. Izločanje se opravi tako, da kovinski delček, ki potuje skozi induktivno polje izločevalnika, sproži signal za odsesavanje onesnažene plastike ali preusmeritev kovinskih delcev v izločevalni kanal. Kovinski delci se v mletem materialu pojavijo zaradi

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

različnih vzrokov. Pogosto je vzrok obraba mlinskih nožev, lahko pa se po naključju zmeljejo tudi različni kovinski predmeti, ki zaidejo med plastični izmet za mletje. Kovinske delce moramo izločiti iz mletega materiala, ker so v talini netopni in pri predelavi mašijo dolivne odprtine. Izločanje kovinskih delcev se opravlja na različnih mestih: - izločevalnik je povezan z mlinom Iz mlina gre material takoj skozi izločevalnik, ki izloči vse metalne delce večje od 0,5mm. - izločevalnik je nameščen v sušilnici materiala Neočiščen material pride v sušilnico, kjer se pred sušenjem očisti. - izločevalnik je nameščen direktno na stroju Izločevalnik se namesti nad vstopno odprtino cilindra in očisti material neposredno pred vstopom v plastifikator. V tem primeru ne potrebujemo filtrov v šobi stroja ali orodja. To precej poenostavi delo, cilinder se lažje čisti in ni dodatnih uporov pri tečenju mase skozi šobo. Ta način je najugodnejši, saj ni možnosti, da bi se material pred vstopom v stroj še onesnažil. Ta način je nekoliko dražji od centralnega izločanja metalnih delcev.

2.1.7

Ciklonsko izločanje prahu (P58)

Ciklonsko izločanje prahu opravljamo z namenom, da iz mletega materiala izločimo preveliko količino prašnih delcev zdrobljene plastike. Prah nastaja pri mletju zaradi visokega števila vrtljajev nožev, ki plastiko drobijo in ne razrezujejo. Več prahu je, če so noži skrhani in če ima mreža mlina majhne luknje. Ti prašni delci so toplotno zelo občutljivi, zato nastanejo na izdelkih srebrne lise. Ciklonski izločevalniki prahu so z mlinom povezani v eno enoto.

2.1.8

Barvanje

Barvila so zelo različna. So v obliki granulata, drobnih zrnc velikosti pšeničnega zdroba, finega prahu, lahko so tekoča ali v obliki paste. Najobičajnejše barvilo ima obliko granulata. Imenujemo ga z angleško besedo masterbatch. Pri uvajanju barvanja moramo izvesti analizo možnih negativnih vplivov barvila na kakovost izdelka. Uporabnost takih barvil mora biti točno opredeljena. Z napačno izbiro barvila lahko poslabšamo mehanske lastnosti izdelka, kar je zlasti pogosto pri izdelkih iz PC. Nosilec barvnega koncentrata je termoplastična masa, ki ima kemično osnovo, kot jo ima granulat, ki ga želimo barvati. Barvilo masterbatch se proizvaja tudi kot univerzalno barvilo. Njegova osnova je primerna za barvanje več vrst podobnih materialov. Druga vrsta barvila z obliko drobnih zrnc se tudi veliko uporablja. Pri tem barvilu je no-

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

silec barve tak, da se brez posledic dodaja kateremukoli termoplastu. Zato je popolnoma univerzalno. Ima še to lastnost, da se nosilec barve topi že pri 80 °C, kar koristi pri ročnem barvanju. To barvilo je v primerjavi z masterbatchem cenejše in se čedalje več uporablja. Oblikovno pomeni vmesno stopnjo med prašnatimi barvili, ki so brez nosilca barve, in debelozrnatim masterbatchem. Doziranje: 1 do 3 % za masterbatch, 0,1 do 0,5 % za drobnozrnato barvilo. Ročno barvanje: Se še dosti uporablja. Masterbatch je za ročno barvanje zelo primeren, ker so zrna barvila po velikosti približno enaka zrnom termoplastičnega materiala, ki ga želimo barvati, zato se ročno zelo dobro premeša. Kljub temu o veliki natančnosti pri ročnem mešanju ne moremo govoriti. Zato je ročno mešanje primerno le za manj zahtevne izdelke. Masterbatch se primeša k materialu kar v pladnju, v katerem se suši. Vse skupaj se strese v lijak na stroju. Holcobatch je za ročno barvanje manj primeren. Drobna zrnca barvila pri mešanju spolzijo na dno posode, zato se ne more enakomerno zmešati. Pri tem si lahko zelo enostavno pomagamo tako, da izkoristimo nizko temperaturo topljenja Holcobatcha. Barvilo potresemo po vročem materialu. Barvilo se zaradi nizke temperature topljenja zalepi na plastični granulat. Tako se prepreči polzenje zrnc na dno. Vse skupaj se lahko dovolj dobro premeša. Tako ročno mešanje je uporabno le za maloserijsko proizvodnjo. Barvanje z napravami za barvanje: Poznamo veliko vrst naprav za barvanje. Nekatere so majhne, enostavne in priročne. Barvilo dozirajo direktno v vstopno odprtino. Doziranje barvila se vrši le v času doziranja osnovnega materiala. Začetek doziranja barvila je vezan na začetek plastificiranja. Barvilo se dodaja po vijačnici polža in se v nastavljenem razmerju vriva v osnovni material, ki med plastificiranjem vstopa v plastifikator. Vijačnica se vrti z nastavljeno hitrostjo, od nje pa je odvisna količina dodanega barvila oziroma intenzivnost barve izdelka. Tak način barvanja je primeren tudi za zelo drobnozrnata barvila kot je Holcobatch, ker se barvilo dozira tik pred vstopom v plastifikator, tako da ne more spolzeti skozi granulat na dno lijaka. Pri tem načinu plastificiranja je pomembno, da je čas plastificiranja enakomeren, to pa je mogoče le pri dobro vzdrževanih strojih in pravilno nastavljenih parametrih brizganja. Z ozirom na velikost zrn barvila so na razpolago različni profili vijačnic.

2.1.9

Homogenizatorji taline (P 53)

To so posebno oblikovani deli, ki se vstavijo v sprednji del polža, ali v samo šobo stroja z namenom, da dodatno premešajo talino in ji s tem izboljšajo homogenost. Koristni in racionalni so zlasti v primerih barvanja ali mešanja večih materialov. S pomočjo homogenizatorjev v veliki meri zmanjšamo porabo barvil. Odpravljajo tudi temperaturne konice, ki so posledica neenakomerno pregrete taline.

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

2.1.10 Označevanje materiala V celotnem proizvodnem procesu priprave materiala mora biti zagotovljena njegova sledljivost. Zato moramo upoštevati naslednja pravila: - Na sušilnih silosih in zalogovnikih mora biti samolepilna etiketa z imenom materiala, ki je trenutno v silosu. Na zalogovniku mora biti številka šarže trenutnega materiala in nalepka s številko šarže predhodnega materiala. To je potrebno zaradi morebitne reklamacije predhodnega materiala, ki je še v silosu. - Na sušilnih omarah mora viseti seznam trenutno sušečih se materialov z navedbo ure in datuma začetka sušenja. - Na vsakem pladnju mora biti listek z imenom materiala, uro in datumom začetka sušenja. - Na stroju mora biti ploščica z imenom materiala, ki se trenutno predeluje. - Po mletju so materiali še manj razpoznavni, zato je označevanje še koristnejše.

2.1.11 Transport materiala iz sušilnice do strojev Ročni transport Material, ki se suši v sušilnih omarah, se ponavadi ročno transportira do strojev. Ko se material posuši, naložimo pladnje na voziček, ga odpeljemo do strojev in material stresemo v lijak. Nato lijak pokrijemo s pokrovom, da se material ne navlaži in onesnaži. Transport suhega materiala iz sušilnih omar do strojev se lahko opravi tudi z mobilnimi zalogovniki. Pri strojih jih priklopimo na cev za avtomatski odvzem materiala. Take zalogovnike uporabljamo predvsem za regenerat, ki ga ločeno sušimo in ga kot drugo sestavino s pomočjo pnevmatske dozirne kretnice dodajamo originalnemu materialu. Pnevmatski transport Material se v tem primeru dovaja v stroj avtomatsko po ceveh. Vsak stroj ima svojo cev, ki ga povezuje s sušilnimi silosi. Vsak stroj je s spojko povezan z vsakim silosom v sušilnici. Pri zamenjavi materiala moramo transportno cev temeljito očistiti, in sicer tako, da skozi cev vakumsko potegnemo kosmato žogico, ki očisti notranjo steno cevi. Tak transport ima pred ročnim transportom veliko prednosti, saj odpravlja naporno ročno transportiranje, izgube materiala so manjše, pomembna pa je tudi zagotovljena enakomernost dela. Možna je obraba aluminijastih transportnih cevi in s tem onesnaženje materiala. Cevni loki morajo biti jekleni, ker je obraba na zavojih največja. Med transportno napravo in fiksnimi transportnimi cevmi so gibke plastične cevi, ki zdržijo temperaturne obremenitve vročega granulata.

2.1.12 Dnevno urejanje prostorov za pripravo materiala V vseh prostorih priprave materiala je prisoten prah. Pred tem prahom moramo zavarovati tako mleti material, kot tudi izdelke, ki so namenjeni mletju. Da bi bilo tega prahu čim manj, je treba vse prostore večkrat dnevno pomesti in posesati ter na splošno poskrbeti za urejen videz. Da se izognemo nesrečam zaradi zdrsa in padcem zaradi razsutega granulata, moramo razsuti material takoj odstraniti.

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

2.1.13 Napake pri pripravi materiala - povzetek Vlaga v granulatu (P.55) Povzroča predelovalne motnje, napake na površini izdelka v obliki lis in žarkov (pozor! ne pri PBT), hidrolitično razgradnjo makromolekul ter poslabšanje mehanskih lastnosti (PC, PBT). Primešan tuj granulat (P.56) Pri sušenju na pladnjih se ob premajhni pozornosti to lahko zgodi, zlasti če so si materiali zelo podobni. Abrazija transportnih cevi iz aluminija (P.57) Cevi iz aluminija se hitro obrabljajo, če je granulat trd in abraziven. Obraba cevi je zlasti močna v krivinah zaradi centrifugalne sile, s katero gibajoči se granulat pritiska ob steno cevi. Loki so zato jekleni. Obraba aluminijastih cevi se pokaže na izdelku v obliki srebrnih črtic. Prašni delci mletega materiala (P.58) Pri mletju plastičnih izdelkov nastaja tudi prah, in sicer več, če noži mlinov niso ostri in če ima mreža mlina premajhne luknje. Prah moramo odstraniti s ciklonskimi izločevalniki prahu. V manjših količinah in ob zmernih nastavitvah predelovalnih parametrov ne moti predelave, je pa toplotno zelo občutljiv, kar se pogosto pokaže tudi na izdelku v obliki srebrnih žarkov. Kovinski delci ob mletju – zamašene dolivne poti (P.59) Kovinski delci so spremljajoči pojav pri mletju, ki se mu ne moremo izogniti. Zato moramo ves mlet material prečistiti s pomočjo izločevalcev kovinskih delcev. Če kovinski delci kljub temu zaidejo v plastificirni cilinder in če ni dodatnih filtrirnih delov, potem ti kovinski drobci zamašijo ožine v šobah stroja in orodja ter v dolivnih kanalih in preprečujejo normalno polnjenje kalupa. Zaradi ožin se talina pregreva, kar se pokaže na površini izdelka v obliki žarkov. Material je nehomogen – zaradi mletega materiala, barvila (P.60) Mlet material mora imeti vsaj približno enako granulacijo kot originalni material. Poleg tega mora biti čim bolj enakomerno primešan k originalnemu materialu, da bodo pogoji brizganja od ciklusa do ciklusa enaki. Enako velja za dodajanje barvila. Lijak je prazen – vstopna odprtina je prelita (P.61) Plastificiranje je včasih onemogočeno zaradi nepazljivosti pripravljalcev materiala, (če je transport materiala ročen) ali iz tehničnih razlogov. Če se pri tem iz kakršnegakoli razloga doziranje barvila ne prekine, se polž zapaca s koncentratom raztopljene barve. Čiščenje tako zapacanega cilindra je zelo težavno in dolgotrajno.

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Razlog za preprečitev plastificiranja je nastanek zlepljene kepe pregretega materiala nad vstopno odprtino. Ta kepa zaustavi dovajanje novega materiala, tako da se polž vrti na mestu. Granulat v vstopni coni se zlepi tudi zaradi previsoke temperature zadnjega dela cilindra (cona III) ali zaradi netesnosti glave polža, kjer raztaljena masa zaradi upora pri brizganju uhaja po vijačnici polža nazaj do vstopne odprtine in zlepi granulat. Neredno polnjenje lijaka (P.62) Če se lijaki polnijo ročno, ne moremo govoriti o enakomernem polnjenju. Lijak se ponavadi napolni do vrha. Ko je skoraj prazen, se nasuje nov vroč granulat na že ohlajen ostanek materiala. To je za proces velik šok, ki ga temperaturna regulacija cilindra v kratkem času ne more ublažiti. Stalnost procesa se poruši, na izdelku pa se pojavijo znaki pregretja. Rešitev je v uvajanju avtomatskega transporta. Material se predolgo suši – termične poškodbe (P.63) V poglavju o pripravi materiala je napisano, da peč ne sme biti skladišče materiala. Poleg zasedenosti prostora je ob predolgem sušenju možna tudi termična degradacija polimera. To se na izdelku pokaže kot pregretje, zmanjšajo se tudi njegove mehanske lastnosti. Material je polnjen s steklenimi vlakni (P.64) Steklena vlakna se pri brizganju močno orientirajo. To ustvarja neenakost lastnosti izdelka glede na smer orientacije. Videz površine je ob neustreznih pogojih brizganja slab. Tip materiala in barvilo nista primerna (P.65) Če ima material slabe lastnosti tečenja, če je preveč krhek, če se lepi na površino kalupa itn., moramo razmisliti o zamenjavi materiala. Če dodajamo barvilo, moramo pridobiti zagotovila, da barvilo ustreza materialu, ki ga želimo barvati. Če sta sestavini neprilagojeni, se mehanske lastnosti materiala precej poslabšajo (zlasti pri PC). Motnje v delovanju sušilnika – zamašeni filtri (P.66) Filtri so lahko onesnaženi, pa tudi poškodovani in strgani. Umazanija lahko zaide v čisti granulat in ga onesnaži. Tako se onesnaži tudi izdelek. Filtre moramo redno menjati. Če je granulat zelo droben, se v sušilnih silosih težko suši, ker je prepustnost zraka zaradi gostote materiala zelo slaba. Čas sušenja, temperatura sušenja (P.67) Predolg čas in previsoka temperatura sušenja povzročata na izdelku lise pregretja in potemnelost. Prekratek čas in prenizka temperatura sušenja povzročata lise zaradi vlage. V obeh primerih se zmanjšajo mehanske lastnosti izdelka.

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

2.2 VPLIV ORODJA IN NJEGOVE PRIPRAVE NA KAKOVOST IZDELKA (P.65 do P.100) 2.2.1

Priprava dokumentacije

Pomanjkljiva priprava lahko drastično podaljša zagonske čase. Lahko povzroči tudi velik izmet pri proizvodnem delu. Zato moramo upoštevati vso, z organizacijskim predpisom opredeljeno dokumentacijo, katere del pripravimo še pred izdelavo in prevzemom novega orodja. Tako se izognemo marsikateri napaki na izdelku oziroma orodju. Za obstoječa stara orodja moramo po potrebi dopolniti obstoječo in pripraviti manjkajočo dokumentacijo. Za operativno proizvodno delo je zelo pomembna naslednja dokumentacija: - Tehnološki list orodja. Vsebuje podatke o delovanju orodja in opozarja na posebnosti pri nastavljanju in delovanju orodja. Vsebuje tudi navodila za dnevno nego orodja in dolgoročni plan vzdrževanja. - Variantni list orodja: Opredeljuje izvedbe izdelkov, ki se delajo s tem orodjem. - Sheme hlajenja, gretja ter hidravličnih in pnevmatskih vezav - Kartoteka orodja in drugi obrazci

2.2.2 Parametri orodja Temperatura orodja (P.68 in P.69) Temperatura orodja vpliva v veliki meri na izgled površine izdelka, na pogoje razkalupljenja izdelka in na splošne pogoje brizganja. Za doseganje dobre kakovosti izdelka mora biti zagotovljena zelo enakomerna temperatura orodja. Nihanje dejanske temperature orodja pri tehničnih izdelkih ne sme biti večje od ± 1 do 2 °C. To pomeni, da mora imeti temperirna naprava zadostno hladilno in grelno moč ter dobro regulacijo. Temperatura na sami površini kalupne votline se ob vsakem novem ciklusu brizganja močno spreminja. Orodje je pravilno temperirano, če se vsako mesto na ulitku ohladi enakomerno in v istem času. Pravilno temperiranje kalupa nam pomaga pri odpravljanju notranjih napetosti in drugih napak v ulitku, ki so posledica sprememb nekaterih parametrov zaradi spremembe temperature orodja. Na sliki 2.8 (poglavje P.3.-P.8.) je prikazan vpliv temperature taline na hidravlični tlak in tlak v orodju. Temperatura kalupa ima tudi zelo podoben učinek. V praksi razlikujemo dva načina temperiranja: - temperiranje na podlagi temperature medija in - temperiranje na podlagi temperature orodja Regulacija na podlagi temperature medija Pri tem načinu regulacije največkrat reguliramo temperaturo medija v dovodu medija. V večini primerov taka regulacija zadostuje, čeprav so navzoče sledeče pomanjkljivosti:

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Nihanje temperature orodja je sorazmerno veliko Vplivi orodja (motnje: apnenec, zamašitev, nepravilna povezava itn.) niso upoštevani Temperatura dovoda medija ni enaka dejanski temperaturi orodja

Regulacija na podlagi temperature orodja je primerna za izdelke z višjimi zahtevami. Termoelement je vgrajen v orodje in zazna vse motnje v delovanju orodja. Zato so tudi nihanja temperatur manjša. Povečanje temperature orodja pomeni: - večji skrček, izravnavo notranjih napetosti, kar omogoča prosto krčenje izdelka po izmetavanju, - boljšo kristalizacijo pri kristaliničnih materialih in večjo dimenzijsko stabilnost, - manjši naknadni skrček (POM), - boljše tečenje mase, - boljši površinski sijaj, - boljše zlitje mase ob stiku, - boljši prenos tlaka, - naknadni tlak lahko dalj časa deluje, ker je dolivno mesto dalj časa pretočno, - manjši naknadni skrček pri kristaliničnih materialih, - ožje tolerančno polje, - daljši ciklus. Temperaturni pogoji razkalupljenja izdelka Če izdelek ostaja v matrični plošči orodja in želimo, da ostane na trnu na strani izmetavanja, trn hladimo močneje kot matrično ploščo.

2.2.3 Napake orodja Hlajenje kalupa je neenakomerno (P.70) Izpeljava hladilnih kanalov ni optimalna. Pričakujemo lahko notranje napetosti in zvijanje izdelka. Lokalno pregretje – voda ne teče (P.71) Voda ne teče zaradi zamašenosti hitrih spojk ali ozkih hladilnih kanalov. Orodje premalo togo – zamik trnov (P.72) Pogosto se zgodi, da zaradi pretankih plošč orodja trni niso dovolj vpeti. Pritekajoča masa jih lahko odrine, da stojijo postrani in tako preprečijo normalno snemanje izdelka. Prileganje delov je slabo To ni konstrukcijski, ampak izdelovalni problem orodja, ko gre za ohlapno ali nenatančno prileganje delov orodja. Te špranje masa zalije, tako da dobimo mrene in igle.

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Material orodja je neustrezen (P.73) Material orodja je lahko trdnostno, protiobrabno ali protikorozijsko neustrezen. Lahko ima slabe polirne in prevodne lastnosti. Delilna ravnina je poškodovana (P.74) Pogosto se zgodi, da posamezni plastični delci ostanejo na delilni ravnini, tako da jih orodje pri zapiranju vtisne v delilno ravnino. Na ta način se dostikrat poškoduje rob kalupne votline, ki povzroča praske, vtise in druge napake na izdelku. Kalup ni zračen (P.75) Slabo zračenje kalupa ovira polnjenje kalupa, povzroča pa tudi ožganine zaradi pregretega stisnjenega zraka. Kalup je nespoliran, neočiščen, nerazmaščen (P.76) Med delom prihaja pogosto do nerazumljivih težav ob obilici počenih, nezalitih ali motnih izdelkov. Pogosto je kriva onesnaženost orodja, zaradi katere je tudi odzračevanje precej poslabšano. Na začetku dela se pogosto srečujemo s težavo, da orodje ni popolnoma razmaščeno. Mast se v segretem orodju topi ter skozi najmanjše špranje prihaja na kalupno površino in onesnažuje izdelek. Izmetalni koti so premajhni (P.77) Pri določanju snemalnih kotov pogosto ne upoštevamo značilnosti plastičnega materiala. Nekateri materiali ne zahtevajo velikih snemalnih kotov (PP, PA), nekateri pa se močno lepijo na površino kalupa in potrebujejo večje snemalne kote (CoPC). Izmetalna površina je pregroba Pri obdelavi snemalnih površin kalupa moramo predvideti, na kateri strani naj izdelek ostane pri odpiranju orodja. Zato mora biti površina, iz katere se mora izdelek najprej sneti, bolj gladka. Pri odpiranju orodja in snemanju nastaja vakuum Če je ta pojav zelo moteč (zaradi majhnih snemalnih kotov), moramo vgraditi posebne ventile. Globina gravur, vdolbin, zarez je prevelika – oblika (P.78) Pogosto moramo spremeniti postopek erodiranja ali jedkanja, ali pa povečati snemalne kote, če želimo obdržati isto gravuro. Število izmetal je premajhno (P.79) Bolje je, da predvidimo nekaj izmetal več, da se s tem izognemo možnim težavam zaradi neustreznega izmetavanja.

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Debelina sten izdelka (P.80 do P.84) Zelo težko je optimirati proces brizganja, če ima izdelek zelo različne debeline, predebela rebra, zožitve sten, lokalne odebelitve ter ostre in stopničaste prehode. Taka oblika izdelka povzroča površinske napake, kot so posedenost, madeži, linije tečenja. Tudi ciklusi brizganja so precej daljši zaradi predolgega hlajenja odebeljenih mest. Dolivni kanali (P.85 do P.87) Zaradi napačne postavitve mesta vbrizgavanja moramo to mesto pogosto prestavljati. Najpogostejše motnje zaradi napačne postavitve so: posedenost debelih sten, če brizgamo v tanko steno, hladni spoji, ožigi na mestih spojev, neestetska markacija dolivnega mesta itd. Dolivna odprtina (P.88 do 92) Ustje mora biti čim krajše zaradi velikih uporov pri tečenju in rahlo zaokroženo, da ne pride do strižnih sil v površinskem sloju taline in pojavov ožiga. Ustje mora biti zelo gladko, zlasti pri tunelnih dolivkih, da dolivek ne ostane v kanalu. Hladilni kanali so netesni (P.93) Vlaga pride v kalupno votlino in povzroči napake, kot so: drobne jamice na izdelku, onesnaženost, korozija površine kalupa. Šoba orodja – razni vplivi (P.94) Šobo orodja moramo pred vsako nastavitvijo orodja pregledati, če je luknja nepoškodovana, gladka, če ima zmerno oster začetek luknje in če naležni polmer in premer luknje ustrezata šobi stroja. Če šoba ni ustrezna, jo moramo pred pričetkom dela popraviti. Pravilna zaščita orodja proti koroziji (P.96) Orodje moramo najprej skrbno očistiti in šele nato zaščititi in spraviti v skladišče. Če nanesemo zaščito na umazano površino, lahko korozija neovirano deluje. Ločilno sredstvo (P.97) Uporabljamo ga le izjemoma, dokler ne popravimo kalupa. Ločilno sredstvo onesnažuje kalup, pa tudi drago je. Izdelek nekontrolirano pada (P.98) Pri tem se lahko poškoduje ali onesnaži. Namestiti moramo manipulator. Uporaba oblikovne šablone (P.99) Pogosto se izdelek med ohlajanjem zelo skrivi. Zato še vročega vpnemo v oblikovno šablono, v kateri izdelek ohrani pravilno obliko. Toplokanalna orodja, izvedba, regulacija (P.100) Pri toplokanalnih orodjih je zlasti pomembna natančna temperaturna regulacija. Že majhna temperaturna razlika med šobami posameznih gnezd spremeni pogoje polnjenja, kar se odrazi na kakovosti izdelkov.

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

2.3 VPLIV STROJA IN NJEGOVE PRIPRAVE NA KAKOVOST IZDELKA (P.1 do P.54) 2.3.1

PRIPRAVA DOKUMENTACIJE

Glede na obrazec Seznam zahtevane dokumentacije pripravimo vso tehnološko dokumentacijo, ki jo potrebujemo za običajno realizacijo nekega proizvodnega naloga. Zelo pomembna dokumentacija je naslednja: -

Tehnološki postopek: Vsebuje materialne in časovne normative ter ureditev delovnega mesta. Variantni list tehnološkega postopka Kontrolni tehnološki postopek: Opredeljuje nadzor procesa Instrukcijski list in ostali pomembni dokumenti

2.3.2 ČIŠČENJE CILINDRA ZA TALJENJE MATERIALA (P.51) Poleg pravilne nastavitve stroja in ureditve delovnega mesta sta zelo pomembna tudi priprava in čiščenje cilindra. Že najmanjša onesnaženost cilindra se pokaže na površini izdelka v obliki lepotnih površinskih napak, zaradi katerih je izdelek neuporaben. Čiščenje cilindra se opravlja po naslednjem postopku: Material ostane isti Zadostuje, da pred začetkom dela izbrizgamo segreto maso na prosto. Z delom moramo začeti, takoj ko talina doseže predpisano temperaturo. Material se menja Cilinder segrejemo in ga očistimo s posebnim čistilnim granulatom, ki postrga vse ostanke starega materiala. Po čiščenju s čistilnim granulatom nastavimo temperaturo cilindra na vrednost, ki ustreza novemu materialu. Nato izperemo cilinder še z novim, praviloma mletim materialom. Prekinitve proizvodnje med predelavo težavnih materialov (PC, PEC, PEI) Ves material izbrizgamo iz cilindra, gretje cilindra pa nastavimo na predpisano temperaturo znižanja. Pri ponovnem začetku dela bo na ta način veliko manj zapletov. Tako postopamo tudi v primeru, ko se naslednji dan nadaljuje z enako proizvodnjo. Čez noč pustimo ogrevanje cilindra na temperaturi znižanja. Po končani proizvodnji, ko nadaljujemo z drugim materialom, cilinder očistimo s čistilnim granulatom, ga izpraznimo in pustimo polž v sprednjem položaju. Čiščenje cilindra v primeru trdovratne onesnaženosti Če s čistilnim granulatom ne dosežemo zadovoljivega rezultata, se odločimo za temeljito

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

mehansko čiščenje. Polž v segretem stanju potegnemo iz cilindra in oboje še v vročem stanju očistimo z žično krtačo iz medenine. Če ugotovimo, da je cilinder mehansko poškodovan ali obrabljen, ga obnovimo ali zamenjamo z novim.

2.3.3 PARAMETRI STROJA (P1 do P54) Za pravilno vodenje procesa tlačnega litja oziroma brizganja plastike moramo dobro poznati vse nastavitvene parametre stroja in njihove vplive na končne lastnosti izdelka, kot so: videz površine, mehanske in fizikalne lastnosti, dimenzije itn. Vsak parameter, ki ga nastavljamo na stroju, ima svoj pomen in svoj vpliv, bodisi na druge parametre bodisi direktno na kakovost izdelka. Najpomembnejši parametri, ki jih bomo v tem poglavju opisali, so naslednji: 2.3.3.1 Velikost stroja (P.1 in P.2) Velikost stroja je izražena z velikostma zapiralne in brizgalne enote, ki sta predstavljeni z zapiralno silo P.1 in s premerom polža (P.2). Med obema parametroma obstaja zveza, pri čemer je za naročnika stroja zelo pomembno, da ima za neko velikost zapiralne sile na voljo več velikosti brizgalnih enot, katerih vsaka ima običajno po tri velikosti cilindrov oziroma polžev s pripadajočima volumnom in tlakom brizganja. Tlak brizganja je odvisen od vrste materiala in geometrije izdelka. Tako lahko velikost stroja optimalno prilagodimo nekemu izdelku. 7,5 kW

11 kW

15 kW

18,5 kW

22 kW

ø18

20 D

ø22

20 D

120

ø25

20 D

200

ø30

20 D

310

ø35

20 D

430

ø40

20 D

ø45

20 D

ERGOtech 25

ERGOtech 35

ERGOtech 50

ERGOtech 80

ERGOtech 100

Slika 2.2/12/: Velikosti strojev Demag – Wiehe

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Sila zapiranja (P.1) Potrebna sila zapiranja je produkt projicirane površine izdelka in povprečnega tlaka v orodju (P.9a). Za primer so v spodnji preglednici navedene povprečne vrednosti tlakov v orodju v barih za naslednje materiale firme Bayer: Preglednica 2.2: Povprečni tlaki v orodju za nekatere materiale podjetja Bayer Novodur ABS 250 do 350 Durethan PA 250 DO 700* Makrolon PC 300 do 500 Pocan PBT 250 DO 700* Apec-HT PC-HT 300 do 500 Desmopan TPU 300 DO 700* Bayblend PC+ABS 250 do 400

Povečanje sile zapiranja pomeni: – ukrep proti prelitju (N.03), – ukrep proti pojavu tankih razpok (N.35a). Zmanjšanje sile zapiranja pomeni: – boljše zračenje orodja v trenutku polnjenja z maso (N.12b in N.19c). Premer polža (P.2) Premer polža lahko vpliva na različna dogajanja pri brizganju. Vpliv na razpoložljivi tlak brizganja: manjši je premer, večji je razpoložljivi tlak. Vpliv na razpoložljivi volumen brizganja: manjši je premer, manjši je razpoložljivi volumen brizganja. Vpliv na čas zadrževanja mase v cilindru: manjši je premer, krajši je čas zadrževanja mase v cilindru. Vpliv na obodno hitrost polža: manjši je premer, manjša je obodna hitrost polža. Zelo pomembna je zveza med dozirnim volumnom (hodom polža) oziroma težo izdelka ter premerom polža. Premer izbiramo glede na volumen doziranja tako, da je dozirni hod v mejah optimalnega hoda doziranja od 1D do 3D. Pri premajhnem dozirnem hodu pod 1D lahko zaradi predolgega zadrževanja mase v cilindru pride do termične razgradnje materiala (cepljenje makromolekul, zmanjšanje molekulske teže), poslabšanja mehanskih lastnosti in potemnitve barve materiala. Pri dozirnem hodu nad 3D je velika možnost, da z granulatom pridejo v sprednji del cilindra zračni vključki, ki povzročajo različne napake, kot so lise, žarki, črni oblački, mehurčki itn. Premer polža določimo s pomočjo naslednjega nomograma:

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Preglednica 2.3/19/: Razmerje med premerom polža, dozirnim volumnom, gostoto in težo 4D

cm3

1048 6 4

dozirni volumen VD

103

8 6 4 2

1028

t Op

6 4 2

a ln

o op

oč

1018 6 4

10 0

8 10 6 4

102 8 6 4

103 8 6 4

8 10 6 4

cm3

dozirni volumen VD

10 0 1 10

101

*1 Bayerjevi termoplasti najnižje gostote (pri ϑM )

6 7 8 9

102

[mm]

teža brizga

12 g do 35 g

teža brizga

102

2 4 6 8

primer A premer polža - ø25 mm

2 4 6 8

premer polža D

2 4 6 8

20 g do 66 g

*2 *1

103

2 4 6 8

primer B teža izdelka 2.500 g premer polža - ø

104

*2 Bayerjevi termoplasti najvišje gostote (pri ϑM ) 1D

-100 - 150 mm

4D polž

<1D

>4D 1D do 3D optimalno področje 3D do 4D pogojno uporabno <1D in >4D ni priporočljivo

V primeru A izhajamo iz obstoječega premera polža in določimo optimalno težo izdelka. V primeru B glede na določen izdelek izbiramo optimalen premer polža. Pomožna linija *1 je za materiale nižje gostote. Pomožna linija *2 je za materiale višje gostote.

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Geometrija polža (P.2a) Po navadi se uporabljajo standardni polži neglede na vrsto materiala. V primeru neodpravljivih težav se posvetujemo z dobaviteljem strojev o primernosti nabave polža s posebno geometrijo. Pogostejše težave zaradi geometrije polža so črni oblaki (N.09a), žarki zaradi pregretja zaradi prevelike stisnitve v vijačnici polža (N.07b) in barvne lise zaradi nehomogeno pripravljene taline obarvanih materialov (N.12a). 2.3.2.2 TEMPERATURE NA STROJU (P.3 do P.8) Temperatura taline (P.3) Konstantnost temperature taline je pomemben pogoj za doseganje primerne kakovosti izdelkov. Temperaturno stanje neposredno vpliva na porazdelitev tlaka polnjenja in s tem na kakovost izdelka. S spreminjanjem temperature taline, se spreminjajo vse termodinamične lastnosti taline, kot so viskoznost, specifični volumen, pa tudi druge veličine, kot so kristaliničnost, molekulska orientiranost, mehanske lastnosti ulitka ter njegov zunanji videz. Glede na vsestranski vpliv temperature taline je želja vsakega predelovalca plastike, da bi imel vrednost temperature taline čim bolj pod nadzorom. Zaradi različnih medsebojnih vplivov parametrov pa mu to le težko uspeva. Vedeti namreč moramo, da temperature taline ne določajo samo grelna telesa cilindra (slika 2.3), ampak še veliko drugih parametrov kot so: – hod polža, – protitlak, – število vrtljajev polža, – čas zadrževanja mase v cilindru (čas ciklusa). cona šobe

(P.4)

cona 3 (P.5)

cona 2

(P.5a)

cona 1

(P.6)

vstopna (P.7) cona

LE L/D 14:1

Slika 2.3/3/: Temperirne cone cilindra za plastificiranje

Glede na temperaturo se termodinamične lastnosti pri različnih materialih različno spreminjajo. Tako velja, da je sprememba viskoznosti amorfnih materialov 5 do 20 % na 1 °C

100

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

in sprememba viskoznosti delnokristaliničnih materialov 1 do 5 % na 1 °C. Zato mora biti odstopanje temperatur na regulatorjih, zlasti pri amorfnih materialih, zelo majhno. Proizvajalci strojev in materialov priporočajo za vsak material tako nastavitev temperatur na posameznih conah cilindra, da je temperatura taline vzdolž aksialne osi cilindra v območju med šobo in zadnjim položajem glave polža čim bolj enakomerna. Poleg teh nastavitev predpisujejo tudi optimalno temperaturo taline ter spodnjo in zgornjo dovoljeno temperaturo taline. NORYL NORYL

LEXAN LEXAN

Tip

temperatura temperatura predelave predelave Tip 270-310°C270-310°C

GFN1

GFN1 F

GFN2

GFN3

GFN1-SE1GFN1-SE1 GFN2-SE1GFN2-SE1 GFN3-SE1GFN3-SE1

°C F D °C3 D 2 3 1 2 T 1 320

320

300

280

260

240

120

100

F 3

2 3 1 2 T 1

temperatura temperatura predelave predelave 280-310°C280-310°C

Tip

141

141 F

143

144

141R

143R

161

163

164

161R

163R

940

2014R

2034

LS-2

LS-2 F

°C F D °C3 D 2 3 1 2 T 1 320

320

300

280

260

240

120

100

F 3

2 3 1 2 T 1

Slika 2.4/7/: Način nastavitve temperatur za dva različna materiala

Temperatura taline, ki je pod spodnjo dovoljeno mejo, povzroča velike obremenitve delov polža, zato prihaja do poškodb in lomov. Prekoračitev zgornje temperature taline pa povzroča pri nekaterih masah razkroj in izločanje zdravju škodljivih snovi, kot se to dogaja pri materialih PVC in POM. Do razkroja mase, temnejše obarvanosti ali izločanja dražečih plinov prihaja zaradi naslednjih vzrokov: – neupoštevanje priporočil o ravnanju z materialom, – nastavljene temperature na cilindru in orodju so previsoke in jih je treba prilagoditi v soglasju z odgovorno osebo obrata, – čas zadrževanja raztaljene mase v cilindru je predolg, ker se z delom ne prične takoj, ko masa doseže želeno temperaturo, – čas zadrževanja raztaljene mase v cilindru je predolg zaradi prevelike razlike med razpoložljivim volumnom vbrizgavanja in izkoriščenim volumnom vbrizgavanja (temnejša barva),

101

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

– masa se zadržuje v mrtvih kotih poškodovanih ali obrabljenih delov cilindra in se počasi razkraja; v takem primeru je treba obnoviti obrabljene dele. Temperatura taline mora biti vedno v predpisanih mejah. Če izmerjena vrednost ni primerna, skušamo ugotoviti, kateri od navedenih vplivnih parametrov niso pravilno izbrani, da povzročajo motnje v procesu. Pri analiziranju procesnih motenj, ki so posledica neprimerne temperature taline, moramo upoštevati tudi tiste vplive, ki niso dejavni v trenutku meritve temperature taline, ampak nastopajo v trenutku vbrizgavanja v orodje. Ti vplivi so: – temperatura orodja, – hitrost brizganja, – velikost in oblika dolivne odprtine v orodju, – debelina sten in oblika prehodov med stenami izdelka, – toplokanalni sistem v orodju. Zaradi pomembnosti moramo temperaturo taline nenehno nadzorovati. Pri novejših strojih merimo temperaturo taline v sami šobi stroja, kjer se nahaja termočlen, ki je v direktnem stiku z raztaljeno talino (slika 2.5). To nam omogoča avtomatsko merjenje temperature taline in je njena vrednost vključena v nadzorni sistem stroja. V primerih, ko stroj nima take možnosti merjenja temperature taline, si pomagamo tako, da maso izbrizgamo v posodo in s pirometrom izmerimo njeno temperaturo. (slika 2.6)

Slika 2.5/3/: Meritev temperature taline v šobi stroja

102

Slika 2.6/3/: Meritev temperature taline v posodi

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Temperaturne cone cilindra v smeri od lijaka proti šobi stroja so naslednje (P.7 do P.4, slika 2.3): Temperatura vstopne cone (P.7) Vpliv te cone je zelo velik. Direktno vpliva na čas plastificiranja. Konstantni čas plastificiranja je glavni pogoj za enakomerno temperaturo taline v prostoru pred konico polža. Zato moramo z vso pozornostjo spremljati pojave, zaradi katerih se spreminja čas plastificiranja. Ti pojavi so: - nihanje števila vrtljajev polža, - nihanje protitlaka polža, - težave v vstopni coni (cviljenje, moteno dovajanje granulata, lepljenje granulata itn.). Optimalna temperatura vstopne cone se določa glede na najkrajši doseženi čas plastificiranja Odvisna je od vrste materiala. Če dosežemo enakomeren in kratek čas plastificiranja, je to najboljši pokazatelj, da smo temperaturo vstopne cone pravilno izbrali. To temperaturo dobimo, če pri istem številu vrtljajev spreminjamo temperaturo vstopne cone po 5 °C in opazujemo, kdaj bo čas plastificiranja najkrajši. Na splošno velja: če material zahteva vroče orodje, naj bo tudi vstopna cona vroča. Na sliki 2.7 je prikazana odvisnost časa plastificiranja od temperature vstopne cone za tri vrste materialov. 21 PA

Čas plastificiranja [s]

20 19

ABS 17 20

Temperatura vhodne cone [°C] Slika 2.7/3/: Določanje temperature vstopne cone glede na najkrajši čas plastificiranja

Priporočljivo je, da je temperatura vstopne cone avtomatsko regulirana in nadzorovana. V primeru ročnega nastavljanja je dosti možnosti, da se ta temperatura med delom spremeni zaradi spremembe hlajenja vstopne cone. Pri temperaturah vstopne cone okoli 60 °C je

103

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

nevarnost nabiranja apnenca v hladilnih kanalih zelo velika. Zato moramo redno nadzirati pretok in temperaturo hladilne vode. Pri ustavitvi procesa naj se s hlajenjem vstopne cone nadaljuje do popolne ohladitve, S tem preprečimo izločanje apnenca. V praksi je dosti primerov, da se zaradi nepravilnega temperiranja vstopne cone pojavijo motnje pri plastificiranju. Lahko je temu vzrok tudi apnenec, ki preprečuje normalni pretok hladilne vode. Previsoka temperatura vstopne cone povzroča, da se polž vrti na mestu, ali pa se upočasnjeno pomika nazaj. Dovajanje materiala je nezadostno in moteno. Previsoka temperatura vstopne cone lahko povzroča tudi lepljenje granulata v vstopnem lijaku za material in je zato dovajanje materiala tudi moteno Nepravilna temperatura vstopne cone se pogosto odrazii kot vidna napaka v obliki madeža na površini izdelka. Temperatura cone cilindra I – zadaj pri vstopni coni (P.6) Cona cilindra I je del cilindra za vstopno cono v smeri proti šobi stroja. V tem delu se začne material taliti. Temperatura tega dela mora biti sorazmerno nizka, da se prepreči prehitro taljenje materiala. Mimo neraztaljenega granulata mora uhajati zajeti zrak, ki se v kompresijski coni cilindra iztisne iz že raztaljenega materiala. Če zajetega zrak ni mogoče odvesti na prosto, ga talina nosi s seboj in povzroča grobe vidne napake na površini izdelka. Temperatura v tej coni ne sme biti prenizka, da ne pride do prevelikega trenja in obrabe polža. Temperatura cone cilindra II – sredina (P.5a) To je kompresijska cona, v kateri je temperatura nekoliko višja. S tem dobimo nizkoviskozno talino, iz katere se zaostali zračni mehurčki lahko iztisnejo v smeri še neraztaljenega granulata. To je sorazmerno ozko območje, da se talina ne bi čezmerno pregrevala. Temperatura cone cilindra III – spredaj pri šobi (P.5) Cona III je cona homogenizacije taline. V njej se temperatura taline izenačuje. Homogenizirana talina pri naslednjem doziranju zapolni prostor pred konico polža, nato pa se vbrizga v orodje. Temperatura taline je v tem delu nekoliko nižja, saj se zaradi trenja med vbrizgavanjem v orodje sama ogreva, učinek zaradi kratkotrajnosti pregretja pa je neškodljiv. To pregretje mora biti v normalnih mejah. Temperatura šobe (P.4) Temperatura šobe mora biti taka, da talina ne izteka iz šobe. Pri zelo tekočih materialih (PA) moramo uporabiti samozaporne šobe, ali pa si pomagamo z nižjo temperaturo šobe in dekompresijo taline.

104

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Vstopna temperatura granulata (P.7a) Pogosto se dogaja, da prihaja posušen granulat v neenakomernih količinah in neenakomernih časovnih presledkih v lijak stroja. Tako neenakomerno dovajanje vročega granulata ruši uravnoteženo stanje v vstopni coni in sproža verižno reakcijo mnogih temperaturnih vplivov, ki kvarijo videz površine izdelka. Temperatura znižanja (P.8) Temperatura znižanja je tista temperatura, pri kateri je masa lahko raztaljena več ur brez tveganja, da se toplotno razgradi. Nastavi se glede na priporočila proizvajalcev materiala. V primeru prekinitve dela se cilinder samodejno ohladi do te temperature in jo na nastavljeni ravni vzdržuje. Preklop na temperaturo znižanja izvedemo v primeru predelave težavnih materialov, kot so PC, CoPC, PEI. Ti materiali se po prenehanju dela ne smejo ohladiti v cilindru, ker pri ohlajanju nastane tanek film, ki se pri ponovnem segrevanju in brizganju lušči in v luskinah odnaša v kalup. Na površini izdelka se pojavijo črne pikice. Temperatura olja Konstantnost te temperature je zelo pomembna za enakomerno delovanje hidravličnih elementov. Priporočena temperatura hidravličnega olja je 45–50 °C. Splošni vplivi temperature taline Zvišanje temperature ima pri mnogih masah naslednje učinke: - boljši tek, boljši prenos tlaka v orodju, potreben manjši tlak brizganja zaradi manjšega upora, krajši čas zadrževanja mase v cilindru, daljši čas hlajenja. Previsoka temperatura povzroča: - motnje v vstopni coni, toplotni razkroj mase, spremembo barve, slabše lastnosti izdelka. Napake na izdelku zaradi previsoke temperature: - posedenost, prelitje, srebrne lise in žarki, rjave lise, zvitost. Napake na izdelku zaradi prenizke temperature: - nezalitost, linije tečenja zaradi razlike v debelini sten in obliki prehodov med stenami, nabrazdana površina (videz gramofonske plošče), linije zlitja.

105

Hidravljični pritisk

~ P A R A M E T R I

ph 2

B R I Z G A N J A ~

1 - višja temperatura taline 2 - nižja temperatura taline

ph1

Pritisk v kalupu

1 2

pk1

pk 2 Čas

Slika 2.8/11/: Vpliv temperature taline na tlak v hidravliki in v orodju 219 218

Teža [g]

217 216 215 214 213 180

190

200 210 Temperatura taline [°C]

220

230

Slika 2.9/3/: Vpliv temperature taline na težo izdelka iz POM

Tlak brizganja (P.9) Pri polnjenju kalupne votline potrebujemo za premagovanje uporov pri teku mase neko potisno silo v aksialni smeri polža. Slednja je premosorazmerna nastajajočem uporu. Upori pri teku mase se nenehno spreminjajo glede na trenutni položaj čela taline. Veli-

106

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

ko tlaka se zgubi že pred vstopom taline v kalupno votlino, in sicer v šobah in dolivnih kanalih, pa tudi že v samem hidravličnem sistemu na stroju. V kalupni votlini nastajajo še dodatne izgube tlaka v odvisnosti od debeline in velikosti izdelka, hitrosti brizganja in drugih uplivov. 1.

phid

večji upor tečenja v kalupu zelo različen upor tečenja

pn večji upor tečenja v šobi in dolivnem sistemu čas

čas

phid

pn manši upor tečenja v manši upor tečenja v kalupu manši upor tečenja v šobi in doliv. sistemu čas

Slika 2.10/11/: Hidravlični tlak v odvisnosti od upora pri tečenju mase

Nastavljena vrednost tlaka brizganja, ki ga omogoča hidravlika, mora biti vedno nekoliko višja od dejanskih tlakov, ki nastajajo v kalupu, in je pri nastavitvah ne smemo omejevati do te mere, da bi zmanjkalo moči za končno zapolnitev. Ta vrednost znaša od 10 do 20 barov in je varovalka proti prenapolnjenosti kalupa. Razlikujemo hidravlični in specifični tlak brizganja. Nastavljen hidravlični tlak deluje na batnico polža. Na sprednjem delu polža (glavi polža) se hidravlični tlak poveča v razmerju med premerom batnice polža in premerom glave polža. Imenuje se specifični tlak, ki deluje na talino pri vbrizgavanju v kalup. Med hidravličnim tlakom in specifičnim tlakom velja naslednje razmerje: primer: phidr x A1 = pspec x A2 pspec = phidr x A1/A2 pspec = 100 bar x 1oo cm2/1o cm2 = 1000 bar A1 – A2 –

površina cilindra pri batnici, površina cilindra pri glavi polža

107

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

površina A 2 pritisk - pspec

površina A1 pritisk - phidr

Slika 2.11/13/: Prikaz hidravličnega in specifičnega tlaka v stroju 2.200

Običajno ima vsak stroj za brizganje 3 velikosti cilindrov. Iz zgornje enačbe je razvidno, da je pri večjem premeru cilindra specifični tlak manjši. Zato izbiramo velikost cilindra glede na predviden tlak, ki je potreben za brizganje nekega izdelka. Na podlagi diagrama na Sliki 2.12, ki je podan za vsak stroj, lahko ugotavljamo, kateri od razpoložljivih cilindrov je za nek primer optimalen.

øA

1.800 1.600

øB

1.400 pspec

Iz tega sledi, da je pri konstantnem tlaku v hidravliki specifični tlak tem večji, čim manjša je površina preseka oziroma premer cilindra. Pri tem je A najmanjši, C pa največji premer.

2.000

1.200

øC

1.000 800 600 400 200 0

80 phidr

100

120

140

Slika 2.12/13/: Diagram za določanje specifičnih tlakov

Tlak brizganja v orodju (P.9a) Odrivna sila na delilni ravnini orodja, ki nastane zaradi notranjega tlaka taline v kalupu, je merodajna za določanje velikosti stroja (P.1). Zaradi uporov pri teku taline se tlak brizganja v kalupu drastično zmanjša. Proizvajalci mas navajajo za posamezne vrste okvirne vrednosti tlaka v orodju. Odvisen je od: – razmerja med dolžino tečenja in debelino stene ter od same debeline stene in oblike izdelka, – lastnosti teka mase ter temperatur orodja in taline.

108

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Na Sliki 2 /13/ je prikazano določanje specifičnega tlaka zapiranja v odvisnosti od debeline stene izdelka in razmerja pot tečenja / debelina stene.

Spec. tlak zapiranja srednji tlak v orodju [bar]

Tlak brizganja v orodju merimo s tlačnim senzorjem, ki je vgrajen v kalupno votlino na eni tretjini poti teka taline. Tlak v orodju je zrcalo dogajanj pri polnjenju kalupne votline in se lahko uporabi kot sredstvo nadzora za odpravo številnih napak pri brizganju. 800 600 400

70:1

100:1

150:1

200:1

200 0

0,5

1,0

1,5

2,0

[mm]

Slika 2.13/13/: Določanje specifičnega tlaka zapiranja

Hitrost brizganja (P.10 do P.13) Hitrost in tlak brizganja sta v medsebojni odvisnosti. Ne moremo doseči velike hitrosti pri poljubno majhnem tlaku brizganja. Čelo taline se mora gibati enakomerno hitro. To dosežemo s stopenjsko nastavitvijo hitrosti. Hitrost čela naj bo od 20 do 200 cm/sek. Pri hitrosti pod 20 cm/sek se pojavljajo znaki ohladitve taline, pri hitrosti nad 200 pa nastajajo termične poškodbe. Časi brizganja so običajno zelo kratki, le nekaj desetink sekunde. Več kot sekundo so le redkokdaj. Brizganje se vrši pri temperaturi, ki onemogoča zamrznitev makromolekul v prisilnem orientiranem stanju. Posledica takega zamrznjenega stanja so notranje napetosti, ki povzročajo razpoke na izdelku. Da preprečimo zamrznitev makromolekul v orientiranem stanju, mora biti hitrost brizganja zadosti velika in optimalno programirana. S tem dosežemo uravnoteženo količino odvedene toplote in dovedene frikcijske toplote, pri čemer se temperatura taline vse do volumetrične zapolnitve kalupa praktično ne spremeni. Po zapolnitvi kalupa ostane makromolekulam v razgreti masi še dovolj časa, da se postavijo v naraven breznapetostni položaj. Izdelki običajno niso optimalno oblikovani. Če material in geometrija izdelka dovoljujeta, vbrizgavamo s čim večjo hitrostjo. Masa ne sme priteči v orodje v obliki curka, ampak v obliki mirnega, enakomernega, toda hitrega toka imenovanega miren tok. Splošna pravila za določanje hitrosti brizganja: – velika hitost: Čim tanjši je izdelek, večja mora biti hitrost polnjenja. Pri večji hitrosti polnjenja potrebujemo nižji tlak polnjenja, pa tudi prelivanja je manj.

109

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

– majhna hitrost: Pri zelo debelih izdelkih uporabimo manjše hitrosti, pri katerih dosežemo enakomernejše pogoje polnjenja. Dolgi časi brizganja povzročajo naglo zožitev kanalov in s tem velike izgube tlaka. Zato morajo biti kanali bogato dimenzionirani. – stopnjevana hitrost: Uporabimo jo za odpravo raznih napak zaradi ostrih robov, različnih debelin, neenakomernih sten itn., kar povzroča zdrse taline, madeže zaradi preskokov taline, žarke, lise in ožige na površini izdelka. Izdelki so pogosto takih oblik, da masa pri velikih hitrostih polnjenja brizgne v kalupno votlino v obliki prostega curka. Stik med maso in površino kalupa je slab. Masa v obliki curka zamrzne. To se na izdelku pokaže v obliki črva oziroma špageta. Prosti curek se dostikrat odrazi v obliki koncentričnih brazd okoli dolivka, zlasti pri debelih izdelkih. Pogosta motnja je tudi ta, da se že ohlajena masa zaradi velike hitrosti odtrga od stene in se prilepi drugje, kar daje videz motne površine. V takih primerih uporabimo stopnjevano hitrost. Začetek brizganja je počasen, da se pri mirnem toku taline ustvari dober stik med maso in površino, nato pa hitrost pospešimo, da masa predčasno ne zamrzne. Stopnjevana hitrost se uporablja v večini primerov in so pri novejših strojih za to na razpolago široke programske možnosti. Najpogostejši profil hitrosti je počasi -hitro – počasi. Končna upočasnitev je potrebna, da se prepreči Diesel efekt. Odzračevanje plinov je boljše, talina se ne pregreje. Dobimo homogeno talino s približno enako temperaturo na vseh delih površine kalupa. Tako se ustvarijo pogoji za breznapetostno stanje ohlajenega izdelka. Zaradi velike polnilne hitrosti lahko pride do tlačnih konic oziroma prezapolnjenosti kalupa (Slika 2.14 - 4b). To povzroča pokanje izdelka pri snemanju in druge napake. Če nimamo programske možnosti, da bi pravočasno preklopili iz tlaka brizganja na naknadni tlak s pomočjo meritve tlaka v orodju, uporabimo zmanjšane hitrosti 3 ali 2, kar ni optimalna rešitev. Pri ekstremno majhni hitrosti 1 se masa ohladi, preden doseže točko zapolnitve. To se pogosto dogaja pri težko tekočih masah in na manj zmogljivih strojih. Izdelki izdelani s takimi pogoji kažejo znake premajhne zapolnjenosti.

Manjša hitrost pomeni: – boljši videz površine pri debelih izdelkih, ni frikcijske toplote, ni strižnih pojavov pri spremembi pogojev teka zaradi oblikovnih značilnosti izdelka.

110

Pritisk v kalupu

Večja hitrost pomeni: – krajše čase brizganja, daljše poti teka, manjšo stopnjo končne orientiranosti, enakomernejšo kristalizacijo kristalnih materialov, boljše zlitje na stikih, manjše notranje napetosti zaradi manjše temperaturne razlike.

Previsok vbrizgalni pritisk vodi k težavam pri snemanju

4a 4

čas

Slika 2.14/11/: Vpliv hitrosti brizganja na tlak v kalupu

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

V tabeli napak je hitrost predstavljena z naslednjimi stopnjami: Hitrost brizganja – vmesna (P.10) To je večji del hitrosti med nizko začetno in nizko končno hitrostjo. Vmesna hitrost je odločilna za volumensko zapolnitev kalupa. Naj bo čim višja, kot je uvodoma pojasnjeno. Hitrost brizganja – začetna (P.11) Ponavadi je zelo nizka, da preprečimo napake okoli dolivka zaradi zdrsa taline. Hitrost brizganja – končna (P.12) Ponavadi je precej znižana zaradi mirnejšega prehoda iz tlaka brizganja na naknadni tlak brez prelitja kalupa, zažigov mase in povratnega sunka taline iz kalupa v plastificirni cilinder. Hitrost brizganja – stopenjsko regulirana (P.13) Poišče se najugodnejši profil poteka hitrosti brizganja, ki vključuje začetno nizko, vmesno visoko in zaključno nizko hitrost. Zakasnitev brizganja pri pnevmatskih šobah (P.14) S to zakasnitvijo omogočamo pravočasno odprtje šobe, preden naraste tlak brizganja. Na ta način je omogočen miren izliv taline iz šobe v kalupno votlino. Naknadni tlak (P.15) Ko se pod vplivom tlaka brizganja zapolni kalup, se konča dinamično polnjenje. Upori, ki so posledica velike hitrosti brizganja, se drastično zmanjšajo. Dovaja se samo minimalna količina taline, da se nadomesti prazen prostor, ki nastaja zaradi krčenja vroče taline pri ohlajanju. Za to dovajanje mase potrebujemo precej nižji tlak in ga imenujemo naknadni tlak. Naknadni tlak naj bo čim manjši. Le tako bomo dobili izdelke z minimalnimi notranjimi napetostmi. Velik naj bo le toliko, da preprečimo pojav posedenosti in vakuumskih praznin. Naknadni tlak se nastavi v višini od 40 do 70 odstotkov vrednosti doseženega tlaka brizganja tik pred koncem volumetrične zapolnitve kalupa. Ta vrednost nastavljenega naknadnega tlaka je lahko ves čas delovanja naknadnega tlaka ista, lahko pa se po potrebi stopenjsko ali brezstopenjsko spreminja. Naknadni tlak je učinkovit le, če so izpolnjeni naslednji osnovni pogoji: – dolivna odprtina mora biti dovolj velika, da predčasno ne zamrzne, – blazinica mora biti dovolj velika (od 2 do 5 mm), da je pred konico polža na razpolago dovolj mase za dokončno zapolnitev kalupa, – pravilno morajo biti izbrani velikost naknadnega tlaka, čas delovanja naknadnega tlaka, točka preklopa na naknadni tlak ter temperatura orodja in taline.

111

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Previsok naknadni tlak povzroča: – večje notranje napetosti, – večje deformacije pri toplotnih obremenitvah, – pokanje pri snemanju, – večje dimenzije, – večjo težo, – mrene, – poškodbe orodja. Prenizek naknadni tlak povzroča: – posedenost, – nezalitost, – mehurčke, – manjše dimenzije, – večji skrček, – manjšo težo, – velika nihanja od ciklusa do ciklusa. Značilno za fazo naknadnega tlaka in časa delovanja naknadnega tlaka je, da se v tej fazi odloča o kakovosti površine ter stabilnosti mehanskih lastnostih izdelka in mer (Slika 2.15). Kateri vplivni parametri odločajo o poteku krivulje brizgalnega in naknadnega tlaka, pa je razvidno iz Slike 2.16.

Tlak v kalupu [bar]

2 1

Vbrizgavanje 1 Obremenitev taline: termična, mehanična

2 Kakovost površine: Vidnost linij tečenja, izgleda, orientiranost, iristalizacija

Čas [s]

Naknadni tlak 3 Zgoščevanje: Oblikovanje kontur, pojav mrenic, preliv, poškodbe kalupa

4 Razbremenitev vlitka: Zračni mehurčki, posedenost, teža, skrček, zvijanje, stopnja kristalizacije, notranja orientiranost, težave pri snemanju, trdnost spojev

Slika 2.15/4/: Vpliv tlaka brizganja in naknadnega tlaka na kakovost izdelka

112 u [bar]

2 3

termična, mehanična

Vidnost linij tečenja, izgleda, orientiranost, iristalizacija

Oblikovanje kontur, pojav mrenic, preliv, poškodbe kalupa

~ P A R A M E T R I

Zračni mehurčki, posedenost, teža, skrček, zvijanje, stopnja kristalizacije, notranja orientiranost, težave pri snemanju, trdnost spojev

B R I Z G A N J A ~

Tlak v kalupu [bar]

3 1

Vbrizgavanje

1 Hitrost vbrizgavanja Upore tečenja Temperatura taline Lastnosti materiala Temperatura kalupa Temperatura olja

Čas [s]

Naknadni tlak

2 Točka preklopa Hitrost vbrizgavanja Temperatura taline Temperatura kalupa

3 Temperatura kalupa Upogib kalupa Temperatura taline Velikost naknadnega pritiska Čas naknadnega pritiska

Slika 2.16/4/: Vpliv nastavitvenih parametrov na potek krivulje tlaka brizganja in naknadnega tlaka

300

0,6

200

0,5

150

Deformacija [mm]

enota?

Udarna žilavost [cmkg]

250

100

0,4

100°C

0,3 0,2 0,1

200

400

600

1.000

Naknadni tlak [bar]

Slika 2.17/13/: Vpliv naknadnega tlaka na udarno žilavost

95°C 360

480 Naknadni tlak [bar]

600

Slika 2.18/13/: Vpliv naknadnega tlaka na deformacijo pri toplotnem preizkusu

113

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

V večini primerov je za nek izdelek in izbrani material pri nekih pogojih predelave optimalen le en naknadni tlak, ki ga ponavadi določamo s preizkušanjem. Iz Slike 2.17 je razvidno, da je za nek izdelek iz PA66 optimalni naknadni tlak 330 barov. Na Sliki 2.18 so prikazani rezultati testa za lečo avtomobilske svetilke iz PMMA. Vidi se, da ima velikost naknadnega tlaka velik vpliv na deformacije pri toplotni obremenitvi (4 h , 95 °C oziroma. 100 °C). Na Sliki 2.19 je prikazan zobniček iz POM, ki se dela z 8-gnezdnim orodjem. Če naknadni tlak povečamo iz 700 barov na 900 barov, se mera 6,8 mm poveča za 0,04 mm. V enakem razmerju se povečajo tudi ostale mere. Ugotovljeno je, da se pri majhnih časih naknadnega tlaka pojavi velik raztros mer. Ustrezen čas naknadnega tlaka se določi s tehtanjem. Tudi čas hlajenja je pomemben. Za prikazan zobniček je optimalen čas hlajenja 12 sekund. ø12,7

1,5

0,5

R 6,35 ±0,06

6,8 -0,1

m = 0,5 z = 24 m = 0,45 z=9 ø1,52 +0,03 R 2,54 ø5,085 Slika 2.19/13/: Vpliv naknadnega tlaka na mere zobnička

»Skalarjeva rampa« (P.15.a) To je poseben program za naknadni tlak, pri katerem se naknadni tlak ne zmanjšuje stopenjsko, ampak zvezno od nekega začetnega naknadnega tlaka Pn na končno stopnjo naknadnega tlaka Pn = 0 v nastavljenem času t. Primeren je za mehko razbremenjevanje visokega končnega tlaka v orodju brez sunka polža nazaj. Poimenovali smo ga po gospodu Skalarju tehnologu tovarne Saturnus AO. Preklop z brizgalnega na naknadni tlak (P.16) Pri nastavitvah brizganja moramo paziti, da ne pride do preobremenitve orodja zaradi prenapolnjenosti kalupne votline. Pravočasno moramo preklopiti z visokega brizgalnega

114

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

tlaka na nižji naknadni tlak, ki pa ni nevaren za poškodbe orodja. Ta preklop se običajno opravi pri 80 do 98-odstotni volumenski zapolnitvi kalupne votline. Čim večja je hitrost brizganja, večja je nevarnost, da nam tlak v mrtvem času po preklopu uide čez kritično vrednost, zato moramo preklop opraviti prej (Slika 2.20).

Elek. signal (preklop na naknadni tlak) Nastavljeni hidravljični tlak 5 Hidravljični naknadni tlak 7 Krivulja hidravljičnega tlaka

Krivulja tlaka v kalupu

1 - Začetek brizganja 2 - Vbrizgana masa doseže tlačni senzor v orodju 3 - E lektrični signal za preklop iz tlaka brizganja na naknadni tlak 9 4-M rtvi čas preklapljanja 5-M aksimalna vrednost hidravličnega tlaka 6 - Čas izvajanja preklapljanja 7-M aksimalna vrednost tlaka v orodju 8 - Skupni čas preklapljanja 9 - Izklop naknadnega tlaka

2 Regulacija količine

Regulacija pritiska 6

Slika 2.20/4/: Preklop krmilja iz količinske na tlačno regulacijo

Preklop na naknadni tlak mora biti pravočasen. Najprej izvedemo študijo polnjenja pri stopnji naknadnega tlaka 0. Preklop na naknadni tlak vključimo precej zgodaj. Ko z brizgalnim tlakom dosežemo neko stopnjo zapolnitve (večja vrednost je za tanjše izdelke), začnemo povečevati naknadni tlak do končne zapolnitve. Profil naknadnega tlaka in točka preklopa morata biti izbrana tako, da polž v trenutku preklopa ne sune nazaj. Velikost naknadnega tlaka naj bo le tolikšna, da preprečimo posedenost. Preklop iz brizgalnega na naknadni tlak prepreči preobremenitev kalupa. Točka preklopa je skrbno izbrana glede na točno določen maksimalen tlak v orodju, ki še zagotavlja dober izdelek (mrene, posedenost), obenem pa ni usoden za poškodbe orodja. Čim večja je hitrost brizganja, bolj je strma krivulja tlaka zaradi velikega upora pri tečenju, večja je nevarnost, da tlak v mrtvem času po preklopu uide čez kritično vrednost. Zato moramo preklop izvršiti prej.

115

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

120

p [bar]

Pri nekaterih izdelkih, zlasti majhnih, pri katerih je zelo težko ujeti optimalno točko preklopa, je boljše, da ne uporabljamo funkcije preklopa. V tem primeru je končni tlak, ki zadostuje za normalno zapolnitev kalupa, istočasno tudi začetni tlak brizganja (Slika 2.21).

ph nastavljeni ph nastavljeni

ph dejanskiph dejanski

Čas [s]

Slika 2.21/11/: Brizganje s preklopom (levo), brizganje brez preklopa (desno)

Preklop se lahko izvede na štiri načine: - Preklop v odvisnosti od poti To je volumenska odvisnost preklopa. Ta način preklapljanja je obvladljiv, če sta hod polža in dovedena količina mase vedno enaka in če je prisoten sorazmerno velik brizgalni hod polža. Ta način se največ uporablja. Pri takem načinu preklapljanja lahko hitro storimo napako, če prezgodaj preklopimo, ko kalup še ni dovolj poln, ali prepozno, ko je mejni tlak že dosežen in je kalup prenapolnjen. Pri taki stalni točki preklopa vse spremembe (netesnost kompresijskega obročka na konici polža itn.) negativno vplivajo na pogoje polnjenja). - Preklop v odvisnosti od časa Tak preklop zahteva enakomerno viskoznost taline in od ciklusa do ciklusa enak hitrostni profil brizganja. V poštev pride pri majhnih volumnih brizganja, pri katerih se s preklopom v odvisnosti od časa lažje ujame pravi trenutek preklopa, kot s preklopom, odvisnim od poti. - Preklop v odvisnosti od hidravličnega tlaka Sprožilec preklopa je merilnik tlaka v hidravličnem cilindru za brizganje. Iz grafične slike poteka tlaka in videza izdelka lahko ugotovimo, katera velikost brizgalnega tlaka je primerna za preklop. - Preklop v odvisnosti od notranjega tlaka v orodju Sprožilec preklopa je merilnik tlaka v kalupni votlini. Ker preklopi, ko je dosežen nas-

116

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

tavljen tlak, so zunanje motnje in spremembe delno nevplivne. Zato je ta način preklopa najboljši. Če spreminjamo parametre, ko hočemo proces optimirati, se vpliv parametrov takoj zazna na grafičnem zapisu krivulje tlaka. Optimiranje procesa je zato precej poenostavljeno Vrednost tlaka v kalupu, pri kateri naj se preklop izvrši, mora biti skrbno določena, da preprečimo prenapolnjenost kalupa. Vplivi preklopa na velikost tlaka v kalupu Preklop je prezgoden: – Vbrizgati moramo veliko mase z nizkim naknadnim tlakom in majhno hitrostjo. – Nezadostna napolnitev kalupa – Lahki in nekakovostni izdelki Preklop je prepozen: – Prelitje – Izdelek z napetostmi – Nevarnost poškodb orodja Čas naknadnega tlaka (P.17) Čas naknadnega tlaka naj bo le toliko dolg, da dolivna odprtina zamrzne. Po zamrznitvi masa ne more uiti nazaj v cilinder. Vsak čas, daljši od te zamrznitve, nima nobenega pomena. Odvisen je od dolivne odprtine (Slika 2.22) in debeline izdelka. Da dolivna odprtina ne zamrzne predčasno, morajo biti izpolnjeni naslednjini pogoji: – dolivna odprtina mora biti dovolj velika in sicer od 45 do 75 % debeline stene izdelka, – orodje mora biti primerno ogreto. Orientacijski časi naknadnega tlaka: embalažni izdelki: točkovni dolivek: stožčasti dolivek: leče z debelino 12 do 15 mm:

0,1–0,5 s, 0,5–3 s, 5–10 s, do 120 s.

Majhni dolivki hitro zamrznejo.Zato so časi naknadnega tlaka zelo kratki. Nujna je velika hitrost brizganja in rahla prezapolnitev, da se ustvari rezerva za izravnavo krčenja po zamrznitvi dolivka. Efektivni čas določamo s pomočjo: – tehtanja izdelka (Slika 2.23), – mejne krivulje tlaka v orodju (Slika 2.24).

117

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Hidravljični tlak ph

Točkovni dolivek - T Filmski dolivek - F Stožčasti dolivek - S

tvb

Čas

Tlak v kalupu pk

blizu dolivka 1

pk1

pk 2

oddaljeno od dolivka 2

tvb

Čas

tn 1 T tn 1 F tn 1 S

Slika 2.22/11/: Vpliv dolivne odprtine na čas zamrznitve

Določanje časa naknadnega tlaka s tehtanjem izdelkov: 230

Teža [g]

226 222 218 214

Čas naknadnega tlaka [s]

Slika 2.23/3/: Vpliv časa naknadnega tlaka na težo izdelka

118

100

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Pri določanju optimalnega časa naknadnega tlaka za majhne izdelke s tehtanjem potrebujemo tehtnico z odčitkom 0,01 do 0,001g. Čas naknadnega tlaka povečujemo po vsakem petem brizgu. Čas, pri katerem teža doseže svoj maksimum, je efektivni čas naknadnega tlaka (Slika 2.23) Dolivna odprtina je zamrznjena. Če je izdelek poseden, moramo povečati dolivno odprtino in ponovno določiti čas naknadnega tlaka. Ko izdelek doseže maksimalno težo, je tudi skrček stalen. Tehtajte vedno izdelek, ne celoten odpresek!!

Slika 2.25 prikazuje vpliv časa naknadnega tlaka pri različnih velikostih naknadnega tlaka na nadmero izdelka iz PS debeline 3 mm. Merska odstopanja veljajo za področje izdelka v bližini dolivka. Na mestih, ki so bolj oddaljena od dolivka, so merska odstopanja drugačna. Zaradi velike izgube tlaka so mere izdelka na oddaljenejših mestih vsekakor manjše.

Nadmera [mm]

Tlak v kalupu

Določanje časa naknadnega tlaka glede na obliko krivulje: S postopnim povečevanjem časa naknadnega tlaka se krivulja tlaka približuje neki mejni krivulji, ki predstavlja točko zamrznitve. Iz diagrama je razvidno, da tlak 1 v orodju naglo pade, kar pomeni, da je zaradi predčasnega izklopa naknadnega tlaka (ali prenizkega naknadnega tlaka) masa stekla nazaj v dolivni sistem skozi še ne zamrznjeno dolivno odprtino (Slika 2.24). Iz takega grafičnega Točka zamrznitve prikaza mejne krivulje notranjega tlaka 4 1 2 3 lahko sklepamo, ali je dolivna odprtina dovolj velika. Če dosežemo zamrznitev doČas livne odprtine, mejna krivulja pa je nizka, lahko sklepamo, da je dolivna odprtina Slika 2.24/11/: Vpliv časa naknadnega premajhna. To se dogaja zlasti pri krista- tlaka na obliko krivulje tlaka liničnih materialih, pri katerih pade tlak v kalupu zaradi velikega zmanjšanja volum0,16 na med procesom kristalizacije in ohlajanja taline. Dolivek mora biti dovolj velik, da 325 bar lahko dovajamo novo maso v zelo dolgem 0,12 časovnem intervalu, ki je potreben za popolno kristalizacijo. 0,08 75 bar 0,04

0 bar

4 6 8 10 12 Čas naknadnega tlaka [s]

Slika 2.25/13/: Vpliv časa naknadnega tlaka na nadmero izdelka iz PS

Kristalinični materiali potrebujejo dolge čase delovanja naknadnega tlaka, in so odvisni od hitrosti njihove kristalizacije:

119

Material: POM PA66 PA66 GF30 PBTP PBTP GF30

Čas kristalizacije sek / mm debeline: 7,5 - 8,5 3,5 - 4,5 2,5 - 3,5 3,5 - 4,5 2,5 - 3,5

Opomba: navedeni časi so okvirni in ne zajemajo vseh vplivov. Pri tenkih stenah so navedena razmerja manjša, pri debelejših stenah pa večja. Ob predpostavki, da dolivek še ni zamrznil, podaljšan naknadni čas pomeni: – povečanje teže, – povečanje debeline, – zmanjšanje skrčka. Prekratek čas naknadnega tlaka pomeni: – premalo napolnjene izdelke, – slabe spoje pri teku mase, – majhne mere, – veliko mersko nihanje, – zvijanje, – zračne vključke.

B R I Z G A N J A ~

50 45 čas naknadnega tlaka (POM) [s]

~ P A R A M E T R I

40 35 30 25 20 Tor = temperatura orodja

120°C

90°C

60°C 2

debelina stene izdelka [mm] Slika 2.26/62/: Določitev časa naknadnega tlaka glede na temperaturo orodja in debelino stene izdelka iz POM

Postopek brizganja amorfnih in delno kristaliničnih materialov (P.15 do P.17): PVT – diagram Dogajanja pri brizganju najbolje ponazarja diagram treh veličin: tlak-volumen-temperatura, ki je izdelan za vsak material. Priložena sta dva diagrama: za polistiren značilen za amorfne materiale (Slika 2.27) in za polietilen značilen za delnokristalinične materiale (Slika 2.28). Diagrama nazorno opredeljujeta značilnosti obeh skupin termoplastov, ki jih moramo upoštevati pri predelavi. Krčenje oziroma raztezanje amorfnih in delnokristaliničnih materialov je zelo različno in je odvisno od predelovalnih pogojev. Krčenje in raztezanje delnokristaliničnih materialov je veliko večje od amorfnih. Glede na to značilnost določamo posebej za amorfne in posebej za delnokristalinične materiale naslednje parametre predelave: tlak brizganja, naknadni tlak, čas delovanja naknadnega tlaka, točko zamrznitve dolivka in predelovalni skrček. Glede na zaostali tlak v kalupu lahko predvidevamo, kakšne bodo notranje napetosti v izdelku in snemalne sile pri razkalupljenju izdelka.

120

~ P A R A M E T R I

Tm-taline = Tg + 100°C; Tt > Tm

B R I Z G A N J A ~

Tm = Tkristalizacije + 17, 37, 50°C

prevod 1,4

1,05

1,33 VV

Specifični volumen v [cm3/g]

1,3

K3 3

1,00 Tlak p WP [MPa] 0,1 20 40 60

0,985 VS R 0,97 VR

0,95

K2 1

100

1,22 VS 1,2

1,1 R 1,08 VR

100 140 160

200

250

Tlak p [MPa] 0,1 20

40 60

160

100

150

200

250

Temperatura T [°C]

Slika 2.27/51/: PVT-diagram za PS

SP 2

100

150

Slika 2.28/51/: PVT-diagram za PE-HD

Razlaga PVT-diagrama za PS (sl. 15/51) V plastifikatorju segrevamo maso od sobne temperature R po liniji za atmosferski tlak 0,1 megapaskala (MPa) na temperaturo predelave VP = 220 °C. Pri tem specifični volumen naraste od 0,97 ml/g na 1,05 ml/g. Ta vrednost predstavlja izhodišče za določanje teoretičnega volumna brizganja, s katerim proizvajalci strojev označujejo kapaciteto brizganja stroja. Zaradi strme linije tlaka v temperaturnem področju taline sta specifični volumen in z njim povezana viskoznost taline zelo odvisna od spremembe temperature. Pri delnokristaliničnih materialih je ta vpliv zaradi položnejše linije tlaka precej manjši. V diagramu so predstavljene tri možnosti brizganja: po črti 1, po črti 2 in po črti 3 Potek brizganja po črti 1 (brez blazinice): Brizgalni hod polža je do naseda. Tlak polnjenja je aktiven in ustrezno programiran vse do točke zamrznitve SP, da stisnjena masa ne bi stekla iz kalupa nazaj v cilinder. Pri brizganju

121

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

stlačimo v kalup toliko taline, da se v kalupu zgosti na specifični volumen 0,973 ml/g, kar ustreza vrednosti specifičnega volumna pri sobni temperaturi R. Za tako zgostitev pri konstantni temperaturi 220 °C je potreben tlak 140 MPa (točka K1). Masa se hladi v zaprti kalupni votlini izohorno brez krčenja od točke K1 do točke R. Pri tem tlak v masi pade od 140 MPa na atmosferski tlak. Če bi izbrali še večji tlak, bi bila masa še bolj zgoščena. Zaostali notranji tlaki bi po razkalupljenju povzročili napenjanje in pokanje izdelka. Tak način brizganja tehnološko ni ustrezen. Visoki tlaki brizganja so negospodarni in povzročajo velike odrivne sile. Sile razkalupljenja so tudi velike, ker ni krčenja. Zato izberemo način brizganja po črti 2 ali 3. Pri teh dveh načinih deluje manjši tlak brizganja, je pa prisotno neko krčenje mase od točke WP do R, kar izboljša pogoje razkalupljenja. Potek brizganja po črti 2 (brez blazinice): V tem primeru vbrizgamo v kalup toliko mase, da pri izbranem tlaku 100 Mpa dosežemo zgostitev mase v kalupu 0,985 ml/g. Tudi pri tem načinu gre polž do naseda. Tlak polnjenja je aktiven vse do točke zamrznitve SP. Od trenutka naseda polža ni gibanja mase skozi dolivno odprtino. Za to poskrbi sistem za usklajevanje polnilnega tlaka s tlakom v kalupu. Pri takem načinu brizganja je v izdelku veliko manj napetosti. Brizganje poteka po črti VP-K2 pri temperaturi 220 °C. Pri konstantnem specifičnem volumnu se talina ohlaja od točke K2 do točke WP = 110 °C Tlak v talini pade od 100 MP na atmosferski tlak 0,1 Mpa. Pri nadaljnem ohlajanju do temperature okolice R se masa skrči na vrednost specifičnega volumna 0,97 ml/g, to je za 1,5 %. Ta volumenski skrček je trodimenzionalen. Linearni skrček v eno smer je 1/3 volumenskega skrčka oziroma 0,5 %. To je normalni predelovalni skrček, ki ga upoštevamo tako, da za isto vrednost povečamo mere kalupa. Potek brizganja po črti 3 (z blazinico): V tem primeru ne vbrizgamo v kalupno votlino vse potrebne količine mase naenkrat. Prvi del taline vbrizgamo hitro, da zapolnimo kalupno votlino, ostali del pa dovajamo počasi za zapolnjevanje praznega prostora, ki nastaja zaradi ohlajanja in krčenja vbrizgane taline. Za tako zapolnitev ni potreben visok tlak, ker talino ne zgoščujemo od VP WP oziroma od VP na R. v hipu Volumetrično zapolnitev dosežemo v točki K3. Da pridemo v točko SP kakor pri poteku po črti 2, potrebujemo veliko nižji tlak in sicer 30 Mpa. Od volumetrične zapolnitve K3 do SP deluje naknadni tlak iste velikosti. Masa se v času naknadnega tlaka dovaja iz blazinice skozi ustje počasi v skladu s krčenjem mase v kalupni votlini. Blazinica mora biti dovolj velika, da je na razpolago dovolj mase. Velikost blazinice je običajno 2 do 6 mm. To počasno dovajanje mase poteka vse do točke zamrznitve SP, ko se dolivna odprtina zapečati. V tej točki je dosežen specifični volumen 0,985 ml/g. Tak ostane vse do WP, ko temperatura pade na 110 °C. Zaradi te ohladitve pade tlak v kalupni votlini na 0,1 MPa. Masa v kalupu se pri atmosferskem tlaku še naprej ohlaja in se začne krčiti po črti WP-R do temperature okolice kot v primeru 2. Izdelek se lahko ohlaja in krči tudi na prostem, če ga predhodno razkalupimo.

122

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Manjši tlak brizganja od 30 Mpa ni primeren, ker pridemo previsoko na črto VP-R in je krčenje v kalupu preveliko. Tak način brizganja je tehnološko ustrezen. Paziti moramo na to, da sta naknadni tlak in čas naknadnega tlaka čim manjša. Na ta način zmanjšujemo notranje napetosti v izdelku. Razlaga PVT-diagrama za PE-HD (Slika 2.28) Predstavljeni so vsi trije načini brizganja, kot v primeru PVT-diagrama za PS. Iz diagrama za PE-HD je razvidno, da je za zgoščevanje do linije K1-R potreben precej višji tlak, saj se talino v stanju VP z 1,33 ml/g zelo stisne, da pride v volumensko stanje R z 1,8 ml/g, ki ustreza volumenskemu stanju ohlajene mase. Zaradi tehnoloških omejitev uporabimo nižji tlak brizganja, kar povzroči večji predelovalni skrček, ki ga moramo upoštevati pri izdelavi orodja. Običajni postopek brizganja delno kristaliničnih materialov (Slika 2.29) – Segrevanje mase v cilindru. Specifični volumen je močno povečan. – Začetek brizganja. Tlak brizganja naraste izotermno na nastavljen tlak. Pri tem tlaku se talina močno stisne. Količina taline mora biti taka, da ravno zapolni kalup. – Vključi se naknadni tlak. Masa se hladi in krči. Ko se masa ohladi pod točko tališča Tm, specifični volumen drastično pade. Manjkajoči volumen stalno zapolnjujemo z novo maso pod konstantnim naknadnim tlakom (Slika 2.29). Potreben čas naknadnega tlaka je precej daljši od časa za amorfne materiale. Zato mora biti dolivna odprtina dovolj velika, da predčasno ne zamrzne. Ko teža izdelka ne narašča več in je kristalizacija v kalupu končana, lahko ustje zamrzne. – Izklopimo naknadni tlak.

polnjenje

Slika 2.29: Brizganje delno kristaliničnih materialov (vir: DuPont)

123

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Preglednica 2.4/60/: Brizganje amorfnih in delno kristaliničnih materialov naknadni tlak ustje čas naknadnega tlaka napake

amorfni časovno padajoč zaprto po končanem dinamičnem polnjenju kratek prenapolnjeno napetostne razpoke posedenost

delono kristalični kostanten odprto do konca kristalizacije dolg zvitost votla mesta

Protitlak (P.19 do P.21)

Temperatura taline

Protitlak je nastavljeni tlak v osni smeri polža, ki preprečuje, da bi se polž med plastificiranjem nekontrolirano pomikal nazaj. Ta tlak med plastificiranjem zgoščuje dovedeno maso, vključki zraka pa se iztisnejo in ne povzročajo motenj pri brizganju. Da dosežemo od ciklusa do ciklusa vedno enak dozirni volumen in homogeno maso, moramo protitlak nastaviti tako, kot najbolj ustreza določeni masi. Ta tlak je ponavadi od 50 do 250 barov specifičnega tlaka, le pri PA je do 50 barov.

Hod polža

Slika 2.30/13/: Temperatura taline v odvisnosti od hoda polža

124

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Vpliv protitlaka na temperaturo Pri trdem PVC, ki je toplotno zelo občutljiv, se dela s povišanim protitlakom od 200 do 400 barov. Zaradi frikcijske toplote, ki se s tem pridobi, lahko delamo pri nekoliko nižjih temperaturah cilindra. S tem dosežemo, da se masa toplotno ne poškoduje tudi pri daljših časih zadrževanja mase v cilindru. Če se masa toplotno poškoduje, lahko vplivamo na temperaturo mnogo hitreje s spreminjanjem protitlaka kot pa s spreminjanjem temperature cilindra. Protitlak ima velik vpliv na temperaturo taline. Že dolgo je znano, da z ustreznim programiranjem protitlaka lahko izravnavamo temperaturne konice v talini. Temperatura taline, ki se po vsakem plastificiranju nabere pred konico polža, je vzdolž aksialne osi pogosto zelo različna. Temperaturna razlika je toliko večja, kolikor večji T je dozirni hod polža. Ta pojav je že dolgo znan in ga proizvajalec strojev upošteva pri geometriji polža, ki je za vsak material drua gačna. Ponavadi uporabljamo univerzalne polže z enako geometrijo. Zato moramo računati s pojavom temperaturne nehomogenosti, kot je prikazano na Sliki 2.30. P Potek temperaturne krivulje vzdolž aksialne osi nazorno pokaže, da je temperatura T Tr prvega in zadnjega dela raztaljene mase v prostoru pred konico polža najnižja. V ekTp stremnih primerih je razlika med najvišjo b in najnižjo temperaturo celo 40 °C. S preTpp izkusi je ugotovljeno, da to temperaturno razliko lahko precej omilimo z ustreznim programiranjem protitlaka. Shematski priS kaz vpliva protitlaka na temperaturo mase je prikazan v diagramu »a« na Sliki 2.31, T iz katerega je razvidno, da je temperatura Tt taline premosorazmerna protitlaku zaradi povečanega notranjega trenja in zato poveTp čanega časa plastificiranja. Če programirac mo protitlak plastificiranja tako, da dobiTpp mo temperaturo kot funkcijo protitlaka v obliki krivulje Tpp (T-protipritisk) in če k temu vplivu prištejemo vpliv hoda in obliS ke polža, ki povzroča temperaturo v obliki Slika 2.31/13/: Temperatura taline v krivulje Tp (T-polža), dobimo rezultirajočo odvisnosti od hoda polža in protitlaka

125

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

temperaturo Tr (T-rezultirajoča) v obliki premice. To pomeni, da je temperatura taline Tt vzdolž celega hoda polža pred konico polža konstantna. Novejši stroji imajo možnost programiranja protitlaka. Pri starejših strojih, ki pa te možnosti nimajo, se mora tehnolog potruditi, da izbere tak protitlak, pri katerem bodo rezultati najboljši. Potek temperature taline naj bo čim bliže premici. Drugi vplivi protitlaka: – enakomerno dovajanje taline brez zračnih vključkov, – boljša homogenost plastificirane mase in regulirana temperatura mase, – konstantna teža izdelka od brizga do brizga, – zmerno povečanje ugodno vpliva na enakomerno porazdelitev barvil v masi. Število vrtljajev polža (P.22 do 24) Optimalno število vrtljajev in vrtilni moment sta odvisna od posameznega materiala. Če je možno stopenjsko programiranje vrtljajev, naj bo zadnja stopnja nizka, da ob znižanem protitlaku ublažimo nekontroliran povratni sunek polža po končanem plastificiranju. Ta sunek ne sme biti večji od nastavljene dekompresije, sicer zadnji položaj polža ni nadzorovan. Za doseganje homogene mase moramo izbirati čim nižje število vrtljajev. Čim počasnejše je plastificiranje, boljše se pripravi talina. Frikcijsko občutljivi materiali (PVC, trdi) zahtevajo nizko število vrtljajev (40 do 50 vrtljajev na minuto). Pri tem moramo upoštevati obodno hitrost, ki ne sme presegati 0,2 ms–1. Pri izbiri števila vrtljajev upoštevamo tudi čas hlajenja. Nastavi se tak čas plastificiranja, da je nekoliko manjši od časa hlajenja. Če to ni mogoče (npr. pri debelih izdelkih, lečah itn.), uporabimo zakasnitev plastificiranja. Na ta način skrajšamo zadrževanje mase v vročem delu cilindra. Pri nizkem številu vrtljajev mora biti vrtilni moment precej visok, zlasti pri težko tekočih materialih, kot so PC in PMMA. Če je plastificiranje preveč upočasnjeno, povišujemo število vrtljajev, toliko časa, da se pogoji plastificiranja uredijo. Število vrtljajev in protitlak lahko medsebojno uskladimo, ko se pojavi frikcijska toplota. Če usklajevanje ne prinese znižanja temperature in če to povišano temperaturo sprejmemo, nastavimo regulator na to temperaturo. Vpliv števila vrtljajev polža na temperaturo taline Število vrtljajev polža ima velik vpliv na temperaturo taline. Ta je pri večjem številu vrtljajev zaradi frikcijske toplote višja. Število vrtljajev polža nam daje v kombinaciji s hodom polža različna stanja temperature taline, kar je razvidno iz Slike 2.32. Največja temperaturna razlika nastane pri visokem številu vrtljajev in velikem hodu doziranja. Zato v občutljivih primerih uporabljajmo manjše hode doziranja (do 2,5D).

126

~ P A R A M E T R I

∆T [°C]

B R I Z G A N J A ~

PA Ultramid A3K POM Deirin 500 N pst =10 bar Tz = 280 / 290 / 290 / 300 °C für PA Tz = 180 / 190 / 190 / 200 °C für POM tv = 60 s

POM ns = 350 min-1

PA ns = 350 min-1 PA ns = 100 min-1 10

POM ns = 100 min-1

1,2 30

2,4 60

4 100

Hod [D] Hod [%]

Slika 2.32/13/: Vpliv števila vrtljajev polža na temperaturo taline v odvisnosti od hoda polža

Nizko število vrtljajev pomeni: – homogeno maso, – majhno frikcijsko toploto, – majhno temperaturno diferenco v povezavi s hodom polža. Visoko število vrtljajev pomeni: – visoko sposobnost plastificiranja, – veliko frikcijsko toploto, – večjo temperaturno razliko v glede na hod polža, – večjo porabo toka. Dozirni hod polža (P.25 do P.28) Hod polža ima velik vpliv na dogajanja pri brizganju. Predvsem sta od hoda polža odvisna temperatura taline in čas zadrževanja mase v cilindru. Za normalno delo je pomembno, da je hod polža, ki zajema sprednji položaj, zadnji položaj, preklop s tlaka brizganja na naknadni tlak, blazinico in hod dekompresije, vedno enak. Le tako bodo zagotovljeni normalni, vedno enaki, pogoji polnjenja kalupne votline.

127

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Sprednji položaj polža – blazinica (P.25) Blazinica mora biti vedno enaka. Velikost naj bo tolikšna, da imamo dovolj mase za polnjenje kalupa v času delovanja naknadnega tlaka. Ponavadi je ta vrednost 2 do 6 mm (glede na dozo) oziroma približno 10 odstotkov premera polža. Konstantna blazinica je pokazatelj stabilnosti procesa. Zato moramo z vplivnimi parametri doseči nadzorovan hod polža z upočasnjenim zadnjim delom hoda brez povratnega sunka polža v trenutku preklopa na naknadni tlak. Obrabljenost glave polža povzroča veliko nihanje blazinice. Zadnji položaj polža (P.26) Ta je seštevek vrednosti blazinice, hoda doziranja in hoda dekompresije. Zaradi ponovljivosti pogojev brizganja naj bo gibanje polža proti koncu blago in nadzorovano (nizka protitlak in število vrtljajev), da ne pride do sunka polža čez nastavljeno vrednost zadnjega položaja polža. Velikost dozirnega hoda polža (P.27) Izberemo tak premer polža, da zagotovimo vrednost hoda doziranja v območju od 1D do 3D. Izjemoma je uporabno tudi območje 0,5D do 4D. Čas zakasnitve doziranja (P.28) Ta program vklopimo, če hočemo skrajšati čas zadrževanja mase v cilindru pri visoki temperaturi. Čas hlajenja (P.29) Čas hlajenja je čas, ki je potreben, da se talina v kalupu ohladi do temperature, pri kateri je izdelek mogoče razkalupiti brez poškodb in deformacij in da mere izdelka ustrezajo zahtevam. Hlajenje poteka v dveh fazah: – hlajenje pod delujočim naknadnim tlakom, – hlajenje od zaključenega časa naknadnega tlaka do dokončne ohladitve in strditve izdelka. Seštevek obeh časov je čas hlajenja. Teoretični izračuni časa hlajenja so zelo zahtevni. Za vsakodnevno prakso običajno zadostujejo poenostavljene metode določanja časa hlajenja.V prid večje produktivnosti je, da je ta čas čim krajši. Odvisen je od mnogih dejavnikov, kot so vrsta mase, debelina izdelka, oblika izdelka, temperatura orodja in izvedba hladilnega sistema. Doseženi čas hlajenja je pogosto veliko daljši od realno predvidenega časa. Diagram na Sliki 2.33/27/ kaže, kakšne čase lahko dosegamo pri določenih debelinah, če je hlajenje orodja zelo dobro, oziroma

128

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

180

150 Slabo hlajenje Čas hlajenja [s]

120 90

Slika 2.34/27/: Vetrnica z označitvijo merilnih mest

Dobro hlajenje

3 4 5 Debelina [mm]

8 1,2

Slika 2.33/27/: Diagram učinkovitosti hlajenja orodja

POM CF POM

1,1 1,0 0,9

Pravilno ali nepravilno določen čas hlajenja nam potrjuje izgled izdelka in pa ustrezne mere izdelka. Na Sliki 2.34 je prikazana vetrnica ventilatorja iz POM, na Sliki 2.35 pa so razvidna merska odstopanja v odvisnosti od časa hlajenja in vrste materiala vetrnice

0,8 Zvijanje [mm]

če je hlajenje orodja slabo. Hlajenju je treba posvetiti maksimalno pozornost, ker lahko s tem prihranimo veliko časa in denarja. Teoretični izračun časa hlajenja je zelo zahteven. Metoda izračuna je natančno opisana v knjigi /28/. Za vsakodnevno prakso običajno zadostujejo poenostavljene metode določanja časa hlajenja.

0,7 0,6 d3

0,5 0,4 d2

0,3

0,2 0,1 0

8 Čas hlajenja [s]

Slika 2.35/27/: Vpliv časa hlajenja na zvijanje vetrnice

Določitev časa hlajenja Za hitro, toda le približno določanje potrebnega časa hlajenja so na voljo različne poenostavljene metode, ki temeljijo na praktičnih preizkusih in opazovanjih.

129

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Določitev časa hlajenja s pomočjo nomograma (Slika 2.36)

0,04 0,06 0,08 0,10 tK

1.000

0,20

100

a cm2/s 10-3

1,0 pomožna linija

0,5 0,1

Slika 2.36/29/: Nomogram za določanje časa hlajenja

130

0,8

1,2 1,4

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Za določitev po tej metodi potrebujemo naslednje podatke: - debelina izdelka - material izdelka ϑ = - temperaturni faktor; ϑ = (ϑe - ϑw) / (ϑs - ϑw) ϑe = temperatura izdelka pri razkalupljenju ϑw = temperatura orodja ϑs = temperatura taline Okvirno temperaturo taline in orodja priporoča proizvajalec materiala (glejte Preglednico 2.5 /29/). Pri debelih izdelkih izberemo nižjo temperaturo taline, pri tankih pa višjo. V tej preglednici je tudi temperaturno prevodnostno število a. Primer: material: Polistiren debelina 2 mm ϑ = (40 - 25) / (200 - 25) = 0,09 a = 1,22 x 10-3 (za polistiren) V nomogramu Slika 2.36 povežemo debelino z ϑ. Presečišče s pomožno linijo povežemo z vrednostjo temperaturnega števila prevodnosti a. Na liniji za čas dobimo 8 sekund. Preglednica 2.5/29/: Temperaturno število prevodnosti Temperature taline Temperature orodja PS, SAN, ABS 160 - 240 20 – 50 PE 150 - 220 20 – 50 PP 180 - 240 20 – 50 PMMA 150 - 270 50 – 80 PA 250 - 270 40 – 100 PC 250 - 300 50 – 120 CA, CP, CAB 180 - 210 40 – 70 PVC 160 - 190 20 – 80

a temp. prevodnostno št. (cm2/s ) 1,22 x 10-3 1,5 do 2,2 x 10-3 10-1,45 do 1,6 x 3 1,3 do 1,61 x 10-3 1,25 do 1,35 x 10-3 1,4 do 2,00x 10-3 1,20 x 10-3 1,22 do 1,30 x 10-3

Čas hlajenja v odvisnosti od debeline stene in vrste polimera: Preglednica 2.6: Enostaven izračun časa hlajenja za posamezne materiale - vir: DuPont PC t = 2,17 x s2 t = čas hlajenja; s = debelina stene PA6, PBT, PELD t = 2,64 x s2 ABS, PS, SAN, PA6,6 PEHD, PMMA PP POM

t = 2,82 x s2 t = 3,00 x s2 t = 3,67 x s2 t = 4,18 x s2

131

~ P A R A M E T R I

Čas hlajenja [s] [s] Čas hlajenja

30 20 20 15

B R I Z G A N J A ~

POM PP POM PE-HD, PMMA PP ABS, PS, SAN, PA 6.6 PE-HD, PMMA PA 6, PBTP, PE-LD ABS, PC PS, SAN, PA 6.6 PA 6, PBTP, PE-LD PC

15 10 10 5 5 0 1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

0 1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6 1,7 1,8 1,9 Debelina stene [mm] 1,6 1,7 1,8 1,9 Debelina stene [mm]

2,0

2,1

2,2

2,3

2,4

2,5

2,0

2,1

2,2

2,3

2,4

2,5

Slika 2.37/4/: Čas hlajenja v odvisnosti od debeline stene (0 do 2,5 mm) 70 70 60

Čas hlajenja [s] [s] Čas hlajenja

60 50 50 40

POM PP POM PE-HD, PMMA PP ABS, PS, SAN, PA 6.6 PE-HD, PMMA PA 6, PBTP, PE-LD ABS, PC PS, SAN, PA 6.6 PA 6, PBTP, PE-LD PC

40 30 30 20 20 10 10 0 2,5 0 2,5

2,6

2,7

2,8

2,9

3,0

2,6

2,7

2,8

2,9

3,0

3,75 Debelina stene [mm] 3,75 Debelina stene [mm]

4,0 4,0

Slika 2.38/4/: Čas hlajenja v odvisnosti od debeline stene (2,5 do 4 mm)

132

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Vplivi prekratkega časa hlajenja: – previsoka končna temperatura ulitka, – vtisi snemalcev, – velik začetni in naknadni skrček, – veliko zvijanje, deformacija pri snemanju. Dolg čas hlajenja pomeni: – dolgi čas ciklusa in dolgo zadrževanje mase v cilindru. Čas ciklusa (P.30) Čas ciklusa je seštevek vseh časov delovanja posameznih funkcij stroja, ki si v zaporedju sledijo v enem delovnem taktu stroja. Časovnofunkcijski prikaz enega ciklusa nam predstavlja Slika 2.39. tz

to tn

tpl th thc tc

tz - čas zapiranja tv - čas vbrizgavanja tn - čas naknadnega pritiska tpl - čas plastificiranja th - čas hlajenja thc - čas hlajenja celotni to - čas odpiranja tp - čas pavze tc - čas ciklusa

Slika 2.39: Sestava časa ciklusa

Celotni čas ciklusa je seštevek na stroju nastavljenih časov. V praksi pogosto opažamo, da je celotni čas ciklusa ponavadi daljši zaradi preklopnih časov, in ga izmerimo s štoparico. Ti preklopni časi so zlasti dolgi pri starejših strojih. Posamezni odpiralni in zapiralni gibi tudi niso vedno enaki in je zaradi teh razlik končni čas ciklusa različen. Tudi delavec, ki streže stroju, vpliva s svojim bolj ali manj enakomernim delom na čas ciklusa. Vse to vpliva na kakovost izdelka in količino izmeta. Čas ciklusa se lahko precej razlikuje od normativnega časa v primeru obrabe delov plastificirne enote. Nenehno prilagajanje vedno novemu stanju delovnih sredstev zahteva čezmerno zavzetost tehničnega osebja, zaradi česar postanejo tehnološki procesi težko obvladljivi. Zamenjava dotrajanih sredstev je zato nujna za dober, obvladljiv proizvodni proces. Čas ciklusa je merilo brezhibnosti delovanja stroja. Ima velik vpliv na čas zadrževanja mase v cilindru, ta pa na kakovost izdelka!

133

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Čas zadrževanja mase v cilindru (P.31) Splošno pravilo je, da se pri kratkih časih zadrževanja nastavijo višje temperature cilindra, pri dolgih časih pa nižje temperature. Pomemben vpliv na čas zadrževanja mase v cilindru imata pot doziranja in ciklusni čas. Pri maksimalnem možnem hodu polža je mase v cilindru običajno za štirikratno vbrizgavanje. Včasih porabimo samo 10 odstotkov razpoložljivega hoda, kar pomeni, da je mase v cilindru za 40 vbrizgavanj. Če to število množimo s časom ciklusa, dobimo zelo dolge čase zadrževanja mase v cilindru, kar je za občutljive mase lahko kritično in pride do njihovega razkroja. Ko delamo z vročekanalnim orodjem, moramo čas zadrževanja mase v orodju prišteti času zadrževanja v stroju. Na Sliki 2.40 je prikazan nastavitveni temperaturni profil cilindra za dva primera: - Čas zadrževanja mase je 7 minut in dozirni hod je 70 % - Čas zadrževanja mase je 3 minute in dozirni hod je 10 % S takim temperaturnim profilom skušamo doseči čim bolj enakomerno temperaturo taline. Seveda je za določitev končne temperature potrebno upoštevati še ostale vplive, kot so geometrija polža, vrsta mase, število vrtljajev polža, protitlak itn. +20 °C

Hod 70 %

Čas zadrževanja [min]

+10 °C 3 7

50 %

11 15

-10 °C 10 %

-20 °C

Slika 2.40/9/: Temperaturni profil cilindra za POM

134

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Hodi stroja in orodja (P.32 do P.46): Sila naleganja šobe stroja (P.32) Sila naj bo minimalna, vendar dovolj velika, da med brizganjem masa ne izteka mimo šobe. Šoba stroja nazaj pred doziranjem (P.33) Ta program uporabimo, če imamo zaporno šobo. Odmik preprečuje nastanek hladne kaplje. Šoba stroja nazaj po doziranju (P.34) Ta program uporabimo, če imamo odprto šobo. Stik šobe s hladnim orodjem naj bo čim krajši zaradi nevarnosti nastanka hladne kaplje. Šoba stroja nazaj po doziranju z zakasnitvijo (P.35) Ta program uporabimo, da preprečimo pojav nitke. Paziti moramo, da se ne pojavi hladna kaplja. Šoba stroja brez odmika (P.37) Ta program je uporaben pri toplokanalnih orodjih, kjer ni nevarnosti za nastanek hladne kaplje. Nitke iz šobe stroja v tem primeru ni. Polž nazaj pri dekompresiji pred doziranjem (P.38) Ta program uporabljamo pri orodjih s toplimi kanali, če imamo odprto šobo. Tako zmanjšamo zaostali tlak v talini, ki je v toplih kanalih orodja, da masa ne izteka iz toplih šob. Polž nazaj pri dekompresiji po doziranju (P.39) Dekompresija po doziranju pomaga odpravljati nitko, če uporabljamo odprto šobo stroja. Hkrati preprečuje iztekanje taline iz šobe stroja. Možna je hkratna nastavitev obeh dekompresij, pred doziranjem in po njem, če stroj ima to programsko možnost. Hod dekompresije (P.40) Dekompresijo uporabimo za preprečevanje iztekanja mase iz šobe in za preprečevanje nitke. Nastavimo jo v območju 2 do 5 mm. Več ne, da ne pride do prevelike razbremenitve taline in s tem do nastanka plinskih mehurčkov, ki onesnažijo površino izdelka. Hitrost dekompresije (P.41) Hitrost dekompresije naj bo zmerna zaradi istih razlogov kot pri hodu dekompresije. Hitrost zapiranja orodja končna (P.42) Običajno je zelo majhna, zlasti ob združevanju delov orodja pri zapiranju.

135

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Hitrost odpiranja orodja, začetna (P.43) Ta je zelo majhna, da se izdelek med odpiranjem orodja ne poškoduje zaradi trenja med njim in stenami kalupne votline. Majhno hitrost ob zadostni sili odpiranja lažje dosežemo pri strojih s kolenčastim vzvodom za odpiranje. Hitrost izmetala, začetna (P.44) Majhna hitrost je manj nevarna za poškodbe izdelka pri snemanju. Tlak izmetala, začetni (P.45) Se usklajuje glede na potrebno silo izmetavanja. Število ponavljanj izmetavanja (P.46) Omogoča izmetavanje izdelka v primeru, ko enkratni hod snemalnikov ne zadošča. Šoba stroja in njeni vplivi (P.47 do P.54) Šoba stroja: premajhen ɸ, zamašena luknja (P.47) Zaradi premajhne luknje v šobi je brizganje težje, zato nekateri težko tekoči materiali potrebujejo veliko luknjo. Velika luknja je potrebna tudi v primeru brizganja velikih volumnov. Pogosto je luknja delno zamašena z raznimi netopnimi tujki (kovinski delci, nestopljen tuj granulat). Če opazujemo curek taline pri izbrizgavanju na prosto in če je curek vrtinčast ali usmerjen v eno stran, je zelo verjetno, da so v šobi tujki. Šoba stroja: prevelik radij, poškodovana površina (P.48) Če je radij šobe stroja večji od radija šobe orodja, je moteno izvlačenje dolivka. Nenehno se opravlja izbijanje dolivka in sčasoma se naležna površina šobe poškoduje. To povzroča razne motnje, kot so puščanje taline in lise ter žarki na površini izdelka. Šoba stroja: ni privijačena, ni tesna (P.49) Če šobo ne privijemo dovolj, se pri delu lahko odvije. Na netesnih mestih se zajeta masa razkraja in onesnažuje izdelek. Netesnost je lahko tudi posledica netočne izdelave tesnilnih površin. Enako kot za šobo velja tudi za glavo cilindra in protipovratni ventil na glavi polža (Slika 2.41). Zaradi netesnosti šobe masa uhaja po navojnici na prosto, obliva termočlene na glavi cilindra in jih lahko tudi poškoduje. Šoba stroja: nepravilna izvedba (P.50) Šoba stroja mora ustrezati materialu, ki ga predelujemo. Izdelana mora biti brez mrtvih kotov in ostrih robov, da se masa ne bi toplotno razkrajala. Luknja šobe mora biti dovolj velika, zlasti za visoko viskozne materiale. Šoba stroja: grelec preslab, ne ogreje konice (P.50a) V tem primeru lahko nastaja hladna kaplja. Grelec moramo pojačati, da ogreva tudi konico šobe.

136

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Slika 2.41/18/: Netesnost delov cilindra

Šoba stroja: izvrtina šobe naj bo konično odprta (P.50b) Ta konus omogoča, da strdek taline, ki je v luknji šobe, z dolivkom potegnemo iz šobe in s tem omogočimo normalno brizganje pri naslednjem ciklusu. Onesnaženost cilindra, polža, šobe (P.51) Cilinder je lahko onesnažen s predhodnim materialom. Na izdelku so vidne sledi predhodnega materiala v obliki lis in prog. V tem primeru cilinder očistimo s čistilnim granulatom. Pri predelavi problematičnih materialov, kot so PC, CoPC, PEI, lahko po ohladitvi materiala in pri novem zagonu ostane na površinah delov cilindra zlepljen tanek sloj materiala, ki se toplotno razkraja in v luskinah odnaša v kalup. To se na izdelku pokaže v obliki črnih pikic velikosti približno 1 mm. Ta pojav preprečimo tako, da dokler traja proizvodnja s tem materialom, cilinder ne ohladimo pod temperaturo znižanja. Ob prekinitvi proizvodnje moramo temperaturo cilindra vzdrževati na tej temperaturi.

137

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Obrabljenost in korozija cilindra, polža, šobe (P.52) Agresivni plastični materiali povzročajo korozijo v obliki drobnih luknjic, v katerih se zadržuje in razkraja plastični material. Ta se odnaša v kalup. Na izdelku se pokaže v obliki zelo majhnih črnih pikic. Deli cilindra so lahko poškodovani tudi zaradi abrazivnih lastnosti materialov polnjenih s steklenimi vlakni. Na poškodovanih mestih masa zastaja in se razkraja. Na izdelku se to pokaže v obliki črnih pikic ali večjih črnih oblakov. Za agresivne in abrazivne materiale moramo uporabljati ustrezne izvedbe cilindrov z veliko protiobrabno odpornostjo. Uporaba homogenizatorja taline (P.53) Pomaga pri homogeniziranju mase, zlasti pri uporabi barvil. Dolivek nima pravilnega stržena (P.54) Pravilno oblikovan dolivek je pokazatelj dobrega delovanja stroja, zato pri analizi delovanja stroja upoštevamo tudi videz dolivka (glej opis napake 27).

138

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Čas ciklusa (± 2 %)

Čas doziranja (± 2 %)

Čas hlajenja

Dozirni hod polža

Zadnji položaj polža

Blazinica (± 3 %)

Št. vrtlajev polža

Protitlak

Čas naknadnega tlaka

Naknadni tlak v orodju, ± 2 % integral naknadnega tlaka (± 6 %)

Preklop tlaka

Tlak brizganja

Hitrost brizganja (čas), ± 2 %

Temperatura orodja, ± 3 %

Temperatura vstopne c.

Temperatura taline, ± 2 %

Preglednica 2.7: Medsebojni vplivi parametrov brizganja in tolerančno polje nadzora za tehnične izdelke

Temperatura taline Temperatura vstopne c. Temperatura orodja Hitrost brizganja Tlak brizganja Preklop tlaka Maksimalni tlak v orodju - integral naknadnega tlaka Čas naknadnega tlaka Protitlak Št. vrtlajev polža Blazinica Zadnji položaj polža Dozirni hod polža Čas hlajenja Čas doziranja Čas ciklusa vpliv na

139

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

2.4 R AZMERJE MED PRIPRAVO, PREDELAVO IN STRUKTURO MATERIALA TER KAKOVOSTJO IZDELKA S parametri predelave zelo vplivamo na oblikovanje strukture termoplastov. To je pomembno vedeti, saj struktura zelo vpliva na vse lastnosti izdelka. Ker je sama struktura očem prikrita, je toliko pomembneje vedeti, kako doseči optimalno strukturo. Razlaga sledi v tretjem delu Napake pri brizganju in njihovo preprečevanje.

2.5 TABELE TEHNOLOŠKIH PRIPOROČIL

140

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Obrazec 2.1: Tehnološka priporočila za termoplastični material Firma

Material: Značilnosti materiala

TEHNOLOŠKA PRIPOROČILA ZA TERMOPLASTIČNI MATERIAL Priloga k tehničnim zahtevam

Q št. K št. List 1 / 2 Koda:

Nevarni učinki:

P.67 SUŠENJE P.55 dop. * običajno se ne suši vlažnost za omara silos brizg. % h °C P.56. Uporaba regenerata

P.68 temp. orodja °C

P.3 temp. taline °C

P.4 P.5 temp. temp. šobe °C cone 3 °C

P.5a temp. cone 2 °C

P.6 temp. cone 1 °C

P.7 temp. vstop. c °C

P.8 temp. znižanja °C

P.31. Čas zadrževanja mase P.01. Velikost stroja P.09. Tlak brizganja P.10. Hitrost brizganja P.15. Naknadni tlak P.16. Preklop – tlak brizg. / naknadni tlak P.17. Čas naknadnega tlaka P.19. Protitlak P.22. Št. vrtljajev polža P.25. Blazinica P.27. Dozirni hod P.29. Čas hlajenja P.47. Izvedba šobe P.52. Izvedba polža N.32. Skrček - vzdolžni N.32. Skrček - prečni Pot tečenja P.51-52. Čiščenje plastifikatorja P.76. Čiščenje orodja P.97. Ločilna sredstva NO.1. Relaksacija NO.2. Kondicioniranje – (PA) N.35. Ugotavljanje notranjih napetosti z agresivnimi mediji Nevarni učinki Razno Sestavil: Privšek, 27. 05. 1995. Dopolnil: Privšek, januar 2004.

141

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

1 * PE-HD – (visoke gostote)

0,01

Zadrževanje materiala v lijaku [min]

Čas sušenja v sušilnem silosu [h]

Temperatura sušenja v sušilnem silosu [°C]

Čas sušenja v sušilni omari [h]

Temperatura sušenja v sušilni omari [°C]

Dovoljena vlažnost za brizganje [%]

Začetna vlažnost [%]

Št.

Vrsta materiala

Preglednica 2.8: Priporočila za sušenje Čas sušenja je odvisen od začetne vlažnosti in temperature sušenja. Materiali označeni z * se ne sušijo.

PE-LD – (nizke gostote)

0,01

EVA – etilen-kopolimer

0,07–0,13

0,01–0,03

0,03–0,1

≤ 0,1

70–75

1–2

75–80

ABS – toplot. manj odporen

0,3–0,45

≤ 0,1

75–80

3–6

75–80

2–3

– toplotno bolj odporen

0,2–0,45

85–90

3–6

85–90

2–3

ASA

0,28–0,42

75–80

2–4

SAN

0,2–0,6

75–80

2–3

75–80

1–2

75–80

1–-2

80–90

2–3

70–75

1,5–2,5

75–80

120

SAN-GF 30 SB 3* 4

0,1

0,2–0,4 0,05–0,6

≤ 0,04

PVC-U

≤ 0,08

PVC-P

≤ 0,08

PTFE FEP ETFE PCTFE

0,01

PMMA – topl. manj odporen

POM

PA6

– topl. bolj odporen

0,19–0,4

≤ 0,02

70–80

4–6

70–80

2–4

0,06–0,4

≤ 0,02

90–100

4–6

90–100

2–4

0,2–0,3

0,1

90–100

3–4

90–100

1–1,5

< 0,2

75–80

4–6

75–80

4–6

PA11

< 0,2

80–90

4–6

PA12

< 0,2

80–90

4–6

PA46 PA66

< 0,2 < 0,2

80–90

4–6

80–90

4–6

80–90

4–6

1–1,5

≤ 0,1

80–90

4–6

PA610 PA6/3T PPA

142

1–1,5

≤ 0,1

4–6 100

6–8

0,15–0,36

PC-GF 30

0,08–0,3

Zadrževanje materiala v lijaku [min]

Čas sušenja v sušilnem silosu [h]

Temperatura sušenja v sušilnem silosu [°C]

Čas sušenja v sušilni omari [h]

Temperatura sušenja v sušilni omari [°C]

4–12

120–125

3–4

≤ 0,02

120–125

4–12

120–125

3–4

105–115

3–4

15 15

– topl. bolj odporen

0,02–0,05

PPS-GF 40

120–125

0,02–0,05

PBT

B R I Z G A N J A ~

≤ 0,02

PC+ABS – topl. manj odpor.

110–120

3–4

< 0,02

4–6

120

0,08–0,5

0,03

4–8

115–120

3–4

0,25–1,25

0,02

150

3–4

< 0,02

130–150

0,05

130–150

90–100

2–3

PET 9

Dovoljena vlažnost za brizganje [%]

Začetna vlažnost [%]

Št.

Vrsta materiala

~ P A R A M E T R I

PSU PSU-GF 30 PES PES-GF 30 10

PPE + PS

PEEK

12 PEI 13 poliestrski LCP 14

0,07–0,08

< 0,05

80–90

0,05

2–4 5–6

0,1

160

150–155

4–6

0,01

PUR – linearni

15 CA, CAB, CP 16

polimerne zmesi

TPE-O

< 0,2

75–80

3–5

75–80

2–3

65–75

2–3

143

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Preglednica 2.9: Priporočila za relaksacijo

EVA

Medij

5-% tensid, topilo

60 n-heptan petrolej : benzin (1 : 3) n-heptan : propanol (1 : 1)

kromova kislina

ABS

60 80-% ocetna kislina toluol : n-propanol (1 : 5) metanol

ASA SAN

PVC

PVDEF

PMMA

POM

PA6

Temperatura testiranja [°C]

Čas testiranja [min]

Ugotavljanje notranjih napetosti s pomočjo agresivnih medijev

Temperatura [°C]

Relaksacija (tempranje) v zraku Čas [min]

Št. Vrsta materiala

4 ure

20 20 60 (15)

olivno olje : oljna kislina (1 : 1) izopropanol

60 60

toluol : n-propanol (1 : 5) n-heptan trikloretilen

60 n-heptan oljna kislina n-heptan : n-propanol (1 :1) petrolej : benzin metanol metilenklorid aceton

60 50–70 (30) (30), 3 h (3 h)

natron lug 60

6–30

60–90 toluol : n-heptan (2 : 3) etanol n-metilformamid

100–160 40–50-% žveplova kislina 75-% fosforna kislina

20 3

120–140 ZnCl2 – 35-% raztopina za lotanje

PA66

15–30

120–150 ZnCl2 – 50-% raztopina za lotanje

PA 11

120–140

PA 12

120–140

PA 610

100–130

PA6-3-T PPA

144

50–70

metanol aceton /

~ P A R A M E T R I

PC / ABS

PSU

300

PES

100 metanol : etilacetat (1 : 3) metanol : ocetna kislina (1 : 3) toluol : n-propanol (1 : 3)

PEEK

1 1

toluol izopropanol izopropanol : aceton (80 : 20) etilglikol

60 60 60 1

tributilfosfat

200

240

200 aceton metiletilketon propilenkarbonat

14 PUR-linearni

15 CA, CAB, CP

Temperatura testiranja [°C]

Čas testiranja [min]

240

200–250

160–170 1,1,1 – trikloretan : n-heptan (7:3) etilenglikolmonoetileter aceton

12 PEI 13 poliestrski LCP

3–15 5 1 60

ZnCl2 – 50-% raztopina za lotanje 1n – natron, lug

10 PPE + PS 11 PEK

Medij

110–135 toluol : n-propanol (1:3 do 1:10) metanol trikloretilen 5-% natron, lug

PBT

Ugotavljanje notranjih napetosti s pomočjo agresivnih medijev

Temperatura [°C]

Relaksacija (tempranje) v zraku Čas [min]

Št. Vrsta materiala

B R I Z G A N J A ~

60 60

230–250

16 polimerne zmesi 17 TPO

145

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

Preglednica 2.10: Tehnološka priporočila za brizganje 1 Št. Vrsta materiala 1

Temperatura Temperatura taline [°C] orodja [°C]

°C

PE-HD – (visoke gostote)

220–300

10–60

220–300

200–300

160–250

30–50

PE-LD – (nizke gostote)

200–280

20–60

200–260

160–230

140–200

30–50

EVA – etilen-kopolimer

130–240

10–50

220–300

20–90

220–300

200–300

160–250

30–50

170–280

10–60

220–280

210–260

180–240

160–220

30–50

ABS

200–260

50–80

210–260

200–250

180–230

160–180

40–60

220–260

210–260

180–230

160–180

30–50

ASA

220–260

50–85

SAN

200–260

50–80

190–280

10–80

PVC-U

190–220

20–60

180–210

165–180

140–160

30–50

PVC-P

180–210

20–60

160–220

150–180

140–160

30–50

PTFE

320–360

200–230

FEP

325–375

205–230

ETFE

300–340

80–150

PCTFE

260–290

120–150

PMMA

220–260

40–90

200–250

180–220

150–180

60–80

POM

180–230

60–120

190–210

195–215

180–205

150–180

40–50

PA6

240–260

40–120

230–240

240–250

230–240

60–90

PA11

200–270

40–80

PA12

190–270

20–100

PA46

250–320

70–120

PA66

260–300

40–120

280–290

260–280

60–90

PA610

230–290

40–120

PA6/3T

250–320

20–100

270–320

80–120

290–320

280–310

230–270

70–90

PET

260–300

130–150

PBT

230–270

40–80

3 4

PPA 8

146

~ P A R A M E T R I

Št. Vrsta materiala 9

B R I Z G A N J A ~

°C

260–300

280–300

260–300

240–260

60–80

360–410

370–420

360–410

350–400 80–120

340

330

320

Temperatura Temperatura taline [°C] orodja [°C]

PPS-GF 40

340–390

80–150

PSU

340–390

100–160

PES

320–390

100–160

10 PPE + PS

260–310

40–110

11 PEK

360–420

180–190

350–390

120–150

12 PEI

370–410

140–180

13 LCP – poliestrski

280-400

14 PUR – linearni (TPU)

190–230

40–80

205–240

180–210

175–200

50–80

15 CA, CAB, CP

200–210

40–80

170–200

160–185

140–160

30–40

180–220

50–80

PEEK

16 polimerne zmesi 17 TPE-O

147

~ P A R A M E T R I

B R I Z G A N J A ~

30–60

100–250

5–95

200–600

1,5–3,5

PE-LD – (nizke gostote)

400–800

30–60

100–250

5–95

550–600

1–3

EVA – etilen-kopolimer PP

Skrček prečni [%]

600–1200

Skrček vzdolžni [%]

Pot tečenja (debelina 2 mm) [mm]

1 PE-HD – (visoke gostote)

Št.

Brizgalni volumen [%]

Protitlak [bar]

Naknadni tlak v [%] (glede na tlak brizganja)

Tlak brizganja [bar]

Vrsta materiala GF = steklena vlakna

Preglednica 2.11: Tehnološka priporočila za brizganje

1,3–2,4

320 1200–1800

50–95

100–200

10–90

250–700

1,2–2,4

1,8–2,4

800–1400

30–60

50–100

0,2-0,7

0,7-0,9

200–500

0,3–0,6

ABS

100–1500

30–60

100–250

320

0,3–0,7

ASA

800–1400

30–60

50–100

200–500

0,3–0,9

SAN

800–1400

30–60

50–100

200–500

0,2–0,6 0,05-0,5

0,1–0,3

800–1400

30–60

50–100

200–500

0,4–0,7

0,5–0,7

3 PVC-U

800–1600

40–60

do 500

20–85

160–250

0,2–0,5

PVC-P

600–1000

30–50

50–100

20–85

200–500

PP-GF 30 2 PS

10–90

SAN-GF 30 SB

4 PTFE

0,5–0,7

2,6–5,8

FEP ETFE PCTFE 5 PMMA 6 POM

500–1200

40–60

100–400

20–75

200–500

0,4–0,8

1200–1500

60–80

100–200

15–75

500

1,4–2,3

1,4—2

0,3–0,7

0,3–1,3

1000–1600

20–80

15–80

400–600

0,6–2

0,8–1,4

0,15–1,7

0,85–1,5

POM-GF 30 7 PA6 PA6-GF 30 PA11

1,1–1,4

PA12

200–500

PA12-GF 30

1,1–1,7 0,4–0,6

PA46

PA46-GF 30 PA66 PA66-GF 30

148

1000–1600

20–80

15–80

800

0,4–0,5

1,1–1,3

0,7–2,5

1,2—2

0,2–1,9

0,8–1,1

2 Skrček prečni [%]

Skrček vzdolžni [%]

Pot tečenja (debelina 2 mm) [mm]

Brizgalni volumen [%]

B R I Z G A N J A ~

Protitlak [bar]

Naknadni tlak v [%] (glede na tlak brizganja)

Tlak brizganja [bar]

Št.

Vrsta materiala GF = steklena vlakna

~ P A R A M E T R I

PA610

1,1–1,4

PA6/3T

0,4–0,7

0,5–0,8

PPA

1,1–1,5

1,8

0,15–0,4

0,8

PPA-GF 30 8 PC

1300–1800

40–60

50–150

15–85

150–220

PC-GF 30 PET

1200–1500

50–70

30–50

200–500

0,6–1,2

0,75

0,2–0,6

0,2–0,4

0,2–0,3

1–1,6

1,4–2

1,35—2

PBT-GF 30

0,1–0,9

0,4–1,6

9 PPS-GF 40

0,1–0,4

PET GF 30 PBT

1200–1500

50–70

30–50

250–600

PSU PSU-GF 30 PES PES-GF 30 10 PPE + PS

1000–1200

50–70

30–50

15–85

11 PEEK

260 120–150

PEEK-GF 30 12 PEI

65–175

13 LCP LCP-GF 30

0,46–0,7

0,57–0,7

0,1–0,3

0,2–0,6

0,5–0,73

0,6–0,83

0,1–0,3

0,3–0,57

0,5–0,7

0.5–0,75

0,7–1,4

1,2

0,15–0,5

1,1

0,5–0,7 0,01–0,02

0,6

0,01–0,15

0,2–0,55

0,3–0,6

0,8–1,5

14 PUR – linearni 15 CA, CAB, CP

800–1200

40–70

50–100

15–85

350–500

16 polimerne zmesi 17 TPE-O

149

3 NAPAKE PRI BRIZGANJU IN NJIHOVO PREPREČEVANJE 3.1 Najpogostejše napake pri predelavi termoplastov 3.2 Ugotavljanje notranjih napetosti in orientiranosti 3.3 Obrazec Napake v proizvodnem procesu 3.4 Preglednica napak in možnih vzrokov

151

NAPAKE PRI BRIZGANJU TERMOPLASTOV IN NJIHOVO PREPREČEVANJE

V premalo nadzorovanem procesu predelave vedno prihaja do različnih motenj. Te motnje izvirajo iz nepravilnega delovanja vseh elementov procesa, kot so: temperirne naprave, sušilne naprave za sušenje granulata, manipulatorji, energetski sistemi itn. Te motnje se seštevajo z motnjami, ki jih povzroča material in njegova priprava, orodje in njegova priprava ter stroj in njegova priprava. Zaradi vseh teh motenj se lahko na izdelkih pojavijo različne napake, ki jih bomo v tem in naslednjih poglavjih predstavili po skupinah od 1 do 35. V skupini od 1 do 30 bomo obravnavali vidne napake, ki jih uporabnik stroja vizualno ugotavlja in zapisuje na evidenčni list izmeta. Ti zapiski so za preddelavce in tehnologe opozorilo, da v primeru velike pogostosti nekaterih napak pristopijo k odpravljanju težave. Pri tem se moramo zavedati, da s samo spremembo vrednosti parametra še ne odpravimo težave, ampak se samo prilagodimo novemu stanju. Skriti povzročitelj pa povzroča nove zaplete in zahtevane nenehne intervencije tehnologa. Zato naj bo sprememba parametrov le izhod v sili, ko pravega povzročitelja ne najdemo takoj. Nato se sistematično lotimo iskanja povzročitelja napake, ki je izzval spremembo stanja. V veliko primerih so za te napake krivi zunanji povzročitelji, kot so: obrabljenost ali poškodba delov orodja in stroja, zamašeni pretoki v temperirnih napravah in orodju, pokvarjeni grelci na orodju in stroju, zamašenost šobe s kovinskimi delci, vlažen material itn. V skupini od 31 do 35 bomo obravnavali nevidne napake v izdelku in razkrili fizikalne pojave, ki so glavni razlog za njihovo nastajanje. Te nevidne napake odkrivamo s hitrimi metodami na podlagi laboratorijskih preizkušanj. Te hitre metode imajo predvsem naslednji pomen: veliko skritih napak se pokaže šele pri zaključnih montažnih operacijah,

152

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

kar povzroča nenačrtovane zaplete v organiziranju proizvodnje. S simulacijo montažnih pogojev lahko v laboratoriju ali kar na samem mestu pri stroju za brizganje ugotovimo skrite napake in jih pravočasno odpravimo. Knjigi je priložena Preglednica napak in možnih vzrokov. Možni povzročitelji napak (procesni parametri) so navedeni na abscisi in so označeni z zaporedno številko in črko »P« (parameter), na ordinati pa so nanizane najpogostejše napake, ki so tudi oštevilčene in označene s črko »N« (napaka). Te oznake so tudi v besedilu knjige, tako lahko hitro ugotovimo, kje se posamezni parameter, ki ga v besedilu opisujemo, nahaja v Preglednici. Pri opisu napak posvečamo posebno pozornost strukturnim značilnostim materiala, ki so očem prikrite, na kakovost izdelka pa močno uplivajo. Vseh tehnoloških posebnosti proizvodnih procesov se z eno razpredelnico napak in vzrokov ne more zajeti. To velja predvsem za specialne tehnologije, kot so dvobarvno in dvokomponentno brizganje in podobno. V takih primerih se za vsako specialno tehnologijo in za vsak izdelek izdela preglednico napak in možnih vzrokov na obrazcu Napake v proizvodnem procesu, ki je priložen v poglavju 3.3. Sledi predstavitev možnih napak in načinov njihovega preprečevanja.

3.1 N AJPOGOSTEJŠE NAPAKE PRI PREDELAVI TERMOPLASTOV N.01. NEZALITO Masa ne zapolni celotne kalupne prostornine. Nezalita mesta so običajno na najoddaljenejšem mestu glede na mesto dolivanja, ali na tankih stenah, kjer masa zastaja, hladi in ne steče naprej. Nezalita mesta nastajajo tudi zaradi ukleščenega zraka. Na Sliki 3.1 so prikazani trije najpogostejši pojavi nezalitja: 1 – Nezalito zaradi pretanke stene izdelka 2 – Masa ne zalije roba zaradi zajetega zračnega mehurčka 3 – Nezalito zaradi ujetega zraka, ki ga obkoljuje tok taline

Slika 3.1/63/: Značilni pojavi nezalitja

153

~ N A P A K E

P R I

Opis napake 1 (Slika 3.1): Rebro v sredini posode je tanko in globoko. Zaradi velikih uporov pri tečenju masa le počasi napreduje. Drugje je izdelek polno zalit, rebro pa ostane nezalito, ker masa tu predčasno zamrzne. Ukrepi: - Povečati temperaturo kalupa, temperaturo taline, tlak brizganja, hitrost brizganja - Izbrati material z večjim indeksom tečenja (v skrajnem primeru) - Odebeliti rebro (paziti na posedenost dna posode), preveriti odzračevanje Opis napake 2 (Slika 3.1): Nezalitega je zelo malo, zato lahko izključimo možnost zamrznitve mase. Bolj verjetna je možnost zajetja zračnega mehurčka zaradi slabega odzračevanja kalupa. Zračni mehurček ne dovoli zlitja. Ukrep: Povečati naknadni tlak. Če to ne zadostuje, preveriti odzračevanje. Očistiti in razmastiti odzračevalne reže.

B R I Z G A N J U ~

Slika 3.2/64/: Primer napake 1 (pretanka stena)

Slika 3.3/65/: Primer napake 2

Opis napake 3 (Slika 3.1): Stanjšano območje je ovira za tok mase. Zato masa najprej zalije okolico in šele nato stanjšano območje. Zajeti zrak nima izhoda in ne dovoli popolnega zlitja. Ukrep: - Povečati hitrost brizganja, pred koncem zalitja pa hitrost zelo zmanjšati. Zaradi velike hitrosti se masa ne bo ohladila, zato bo lahko ostanek zalila tudi z majhno hitrostjo. Zajeti zrak se zaradi kompresije ne bo preveč segrel in ne bo zasmodil zlitega Slika 3.4/65/: Primer napake 3 mesta. Če zgornji ukrep zaradi nezlitja ali nastalega ožiga ni zadovoljiv, izvedemo naslednje ukrepe: - Vgraditi odzračevalni vložek na mestu zajetja zraka. - Pospešiti hitrost tečenja mase čez dno posode s tem, da odebelimo dno. - Prestaviti mesto dolivanja, ki je na nasprotni stranici, in s tem skrajšati pot čez dno posode.

154

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Navedene tri pojave nezalitja prikazujejo tudi Slike 3.2, 3.3 in 3.4. Pri zgornjih slikah je navedeno samo nekaj načinov preprečevanja nezalitosti. Glede na okoliščine nastanka napake so možni še drugi razlogi in ukrepi kot sledi: Splošni ukrepi: - Predpogoj za popolno zapolnitev je, da je na razpolago zadostna količina pripravljene mase. - Blazinica ne sme biti ne premajhna in ne prevelika. Običajno je od 2 do 6 mm. - Na razpolago mora biti dovolj visok tlak vbrizgavanja. Povečati nastavljen tlak, ali izboljšati pogoje tečenja na druge načine (višja temperatura, odebelitev sten). - V primeru, da je razpoložljivi dozirni hod premajhen, si pomagamo z brizganjem z vrtečim polžem, ali s povečevanjem protitlaka. Visok protitlak namreč zgoščuje maso. Pri tem ne smemo pretiravati, saj ima visok protitlak tudi negativne učinke. (moteno plastificiranje, pregrevanje...) - Če je kompresijski obroček na glavi polža obrabljen, masa uhaja po polžu nazaj in tako zmanjka mase za zapolnitev kalupa. To omilimo z zmernim znižanjem temperature v sprednjem delu cilindra. Sicer pa je 100% izkoriščenost doze znak za izbiro večje brizgalne enote. - Tip materiala je neprimeren. Izbrati material z boljšimi lastnostmi tečenja ob še ustreznih mehanskih in termičnih lastnostih. - Kalup zračiti. Potrebno je redno čiščenje in odstranjevanje smolnatih produktov taline. Očistiti ali zamenjati odzračevalne vložke. - Dolivno mesto premestiti. - Kritične stene izdelka odebeliti - Odebeliti dolivne kanale in dolivno odprtino - Ustje je lahko zamašeno, zlasti pri tunelnih dolivkih. Ustje se lahko zamaši zaradi netopnih tujkov, ali zaradi odlomljene konice tunelnega dolivka. Konica se lahko odlomi zaradi skrhanega ustja, ali zaradi krhke mase v ustju. Krhka masa je posledica hladne kaplje, ali strdka mase, ki nastane v šobi stroja ali šobi orodja in ki zaide pred ustje in se tam ustavi. Za prestrezanje hladne kaplje moramo predvideti v dolivnih kanalih zajetje (žep). Drugi razlogi so navedeni pod N.11.a, N.26. in N.27. - Če je v kalupu več gnezd in če niso enakomerno napolnjeni, je treba izenačiti pogoje tečenja mase.

155

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

N.02. POSEDENOST Posedenost je sorodna napaki nezalitost. Pri obeh je količina vbrizgane mase premajhna. Razlog za napako je preprost, samo preprečevanje pa je pogosto vsestranska težava, vezana tudi na popravilo orodja. Opis napake: Na površini izdelka so vidne rahle vdolbine, ki jih občutimo tudi z otipom. Napaka se običajno pojavlja: a) na mestih, ki so najbolj oddaljena od mesta dolivanja (zaradi nezadostnega tlaka za zapolnitev – velik padec tlaka), b) na mestih lokalnih odebelitev, c) na mestih lokalnega pregretja (čelna površina toplokanalne šobe ali druga slabo hlajena mesta), d) če se posedenost pojavi v bližini dolivnega mesta, drugje pa ne, se upošteva vpliv temperature sprednjega dela cilindra (razlaga sledi). V primeru napak a in b se zunanja površina izdelka, ki je takoj po razkalupljenju izdelka gladka in trda, zaradi vroče notranjosti na odebeljenih delih izdelka ponovno zmehča. Pri krčenju potegne vroče jedro zmehčano površino k sebi, na površini pa nastane jamica.

b a

Slika 3.5/63/: Značilna pojava posedenosti a in b

Slika 3.6/63/: Značilni pojav posedenosti c

V primeru napake c se površina izdelka zaradi pregrete površine orodja ne ohladi dovolj. Mehka površina izdelka ni dovolj trda in se pod vplivom notranjih napetosti, ki so v vrhnjem sloju izdelka največje, naguba v jamicam podobno obliko. Ukrepi Preprečevanje posedenosti je podobno preprečevanju nezalitosti. Najprej moramo zagotoviti zadostno količino taline za volumetrično zapolnitev kalupne votline, nato pa še za zapolnitev praznih mest, ki nastajajo zaradi krčenja taline pri ohlajanju. Parametrov, ki vplivajo na nastanek in preprečevanje posedenosti, je veliko. Označili jih bomo s številkami, ki povedo, kakšen vpliv ima neki parameter na napako. Številka (1) pomeni največji vpliv.

156

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Tlak brizganja Mora biti primerno visok, da talina lahko premaguje upore pri tečenju. Hitrost brizganja Običajno uporabljamo visoko hitrost brizganja, da talina priteče do najbolj oddaljenega mesta na izdelku brez večjih izgub tlaka in temperature ter ga kakovostno zalije. Tik pred polnim volumetričnim zalitjem hitrost drastično zmanjšamo. Tako imajo plini možnost, da se skozi predvidene odzračevalne reže umaknejo na prosto. Zajetje plinov bi povzročilo termične poškodbe in pregretost taline ter nagubano in posedeno površino izdelka. Hitrost in tlak brizganja sta v premo sorazmernem nastavitvenem razmerju. Le pri primerno visokih tlakih brizganja lahko po potrebi dosegamo visoke hitrosti. Naknadni tlak (1) Ima pomembno vlogo pri preprečevanju posedenosti. Pod naknadnim tlakom dovajamo po volumetrični zapolnitvi kalupne votline dodatno količino mase, da se nadomesti prazen prostor, ki nastaja zaradi ohlajanja in krčenja vroče taline. Naknadni tlak naj bo le toliko visok, da kakovostno zapolni prazen prostor. Previsok ne sme biti, ker zelo povečuje neželeno orientiranost makromolekul in ojačitvenih vlaken ter ustvarja visoke notranje napetosti v izdelku. Zato je optimalna izbira velikosti naknadnega tlaka zahtevno opravilo (o tem bomo pisali pri napaki N.35 NOTRANJE NAPETOSTI). Izbere se ena ali več stopenj naknadnega tlaka s pojemajočo lastnostjo. »Skalarjeva rampa« Naknadni tlak lahko poteka stopenjsko padajoče ali zvezno padajoče. Pri zvezno padajoči nastavitvi je naknadni tlak v trenutku preklopa tako velik kot tlak brizganja, nato pa zvezno pada po klančini do vrednosti 1 bara v nastavljenem času t. Z naklonom klančine je mogoče ujeti ravnotežje med notranjim tlakom v orodju in potisno silo polža. Tako ne more priti do povratnega sunka polža in se vsa potisna energija izkoristi za nadzorovano polno zapolnitev kalupne votline brez znakov posedenosti. Ta program je primeren za amorfne termoplaste, ki ne zahtevajo dolgih časov delovanja naknadnega tlaka. Program smo poimenovali po Skalarju, tehnologu v podjetju Saturnus AO, ki je s tako nastavitvijo naknadnega tlaka uspel odpraviti trdovratno posedenost na nekem izdelku iz CoPC. Čas naknadnega tlaka (2) Določamo ga s tehtanjem izdelka. Čas naknadnega tlaka podaljšujemo toliko časa, dokler teža izdelka narašča. Ko dolivna odprtina zamrzne, masa ne more polniti kalupa in teža ne narašča več. S tem je dosežen mejni čas delovanja naknadnega tlaka. Če je posedenost kljub temu prisotna, moramo izvesti ukrepe za poznejšo zamrznitev dolivne odprtine (glejte nadaljevanje). Pomembno je vedeti, da je potreben čas delovanja naknadnega tlaka pri delnokristaliničnih materialih precej daljši od časa pri amorfnih materialih.

157

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Čas hlajenja Čas hlajenja mora biti primerno dolg, da se ohladi tudi notranjost izdelka. To je eden od ukrepov za preprečevanje posedenosti po vzorcu a in b na Sliki 3.5. Temperatura taline (4) Z zniževanjem temperature taline zmanjšujemo dovedeno količino toplote. Hlajenje je s tem učinkovitejše. Možnost za pojav posedenosti se zmanjša. Temperatura sprednjega dela cilindra Če se posedenost pojavlja samo v bližini dolivnega mesta, izdelek pa je simetrično oblikovan, preverimo, ali je morda temperatura v sprednjem delu cilindra (šoba stroja) previsoka. Pregreta masa iz tega dela cilindra najprej zalije površino okoli dolivnega mesta in povzroči posedenost. Talina, ki priteka zatem, je normalno ogreta in ne povzroča napak. Temperatura kalupa (3) Napaka c (Slika 3.5) nastane zaradi previsoke temperature orodja v trenutku razkalupljenja izdelka. Znižamo jo z znižanjem temperature temperirnega medija ali s podaljšanjem časa hlajenja. Lahko tudi zamenjamo vse dele orodja, če se le-ti nekontrolirano pregrevajo in so iz neustreznih materialov, ki s kritičnih mest slabo odvajajo toploto. Intenzivnost hlajenja kritičnih mest povečamo tudi z vgradnjo hladilnih vložkov ali boljšo izolacijo virov toplote (tople šobe pri toplokanalnih orodjih). Velikost dolivne odprtine (5) Od velikosti dolivne odprtine je najbolj odvisno, ali bo naknadni tlak lahko deloval toliko časa, da bo izdelek dobro zapolnjen in brez znakov posedenosti. Če je dolivna odprtina premajhna, bo hitro zamrznila. Polnjenje bo prekinjeno, čeprav kalup še ni do konca napolnjen. Če je prevelika, moramo po nepotrebnem nastaviti dolg čas naknadnega tlaka, da zadržimo maso v kalupu do zamrznitve dolivne odprtine. Drugi vplivi Navedeni parametri so najvplivnejši, vendar ne smemo spregledati še drugih vplivov, ki lahko prav tako vplivajo na pojav in preprečevanje posedenosti. Ti so premer šobe stroja, obrabljenost cilindra (polža, šobe), vrsta materiala (dolžina poti zalivanja), geometrija izdelka (debelina sten in reber, lokalne odebelitve), dolivni kanali (predolgi, neugoden presek, dolivno odprtino prestaviti na najdebelejše mesto, zamašenost dolivnih kanalov), prezračevanje kalupa (natančna izdelava kanalov za odvajanje plinov, redno čiščenje teh kanalov) ipd. Vsi ti vplivi so vpisani v tabelo napak in možnih vzrokov in so zelo pomembni.

158

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Nekaj primerov posedenosti Na Sliki 3.7 je na najbolj oddaljenem delu izdelka vidna posedenost na odebeljenih mestih. V tem predelu je viden tudi nezalit del površine zaradi neiztisnjenega zajetega zračnega mehurčka. Ukrep: povečati vmesno stopnjo hitrosti in naknadni tlak. Slika 3.7/64/: Pojav posedenosti

Slika 3.8/64/: Pojav posedenosti po celem izdelku

Slika 3.9/35/: Posedenost v bližini dolivka

Slika 3.10/35/: Posedenost zaradi predebelih reber

Na Sliki 3.8 je po vsem izdelku na odebeljenih mestih vidna posedenost. Ukrep: povečati naknadni tlak Na Sliki 3.9 je posedenost najbolj izrazita vbližini dolivka Posedenost zgornje površine izdelka na Sliki 3.10 je posledica predebelih reber na spodnji strani izdelka. Rebra bi lahko bila tanjša. Posedenost lahko z optimiranjem zgoraj navedenih parametrov omilimo, ne moremo pa je v celoti odpraviti. Pri optimiranju parametrov poskrbimo, da stisnjena masa ne odteče iz kalupa v trenutku preklopa na nižji naknadni tlak. Ponovno tlačenje odtekle mase nima več nobenega učinka.

159

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

N.03. PRELITOST Pri do sedaj opisanih napakah (nezalitost in posedenost) je bila glavni krivec za obe napaki premajhna vbrizgana količina mase. Pišemo o prelitosti, ki pa je posledica prevelike količine vbrizgane mase. Kateri so vzroki tega pojava, ki je precej pogost? Opis napake Na delilni ravnini orodja se zaradi odrivne sile vbrizgane taline obe polovici orodja b razmakneta in masa prelije nastalo režo. Prelitje ima podobo tanke mrene, ki obdaja izdelek po celem obodu (Slika 3.11 – napaka a). Prelitost je pogosto posledica prenapolnjenosti, ki ni povezana s pojavi, kot so počenost, krhkost, deformiranost in drugimi pojavi, o katerih bomo pisali v naslednjem poglavju N.04 PRENAPOLNJENOST. Prelitje nastane tudi zaradi netočne a izdelave sestavnih delov orodja, ki mejijo na kalupno votlino. Vložki so lahko preveč Slika 3.11/63/: Značilni podobi prelitja a ohlapno vloženi v ležišče, gibljiva jedra pa in b imajo lahko preveliko drsno zračnost. Posledica take netočne izdelave je rahlo prelitje v obliki majhnih mrenic ali igel (Slika 3.11 – napaka b). Preprečevanje napake Predvsem moramo zagotoviti, da ima izbrani stroj za brizganje zadostno zapiralno silo. Drugi zelo pomemben pogoj je, da je orodje togo in natančno izdelano. Tretji pogoj pa, da so nastavitveni parametri brizganja optimalni, upoštevajoč značilnosti materiala in obliko izdelka. Vplivi posameznih parametrov so naslednji: Sila zapiranja (+4) Pri izbiri stroja pogosto naredimo napako, ko za neko večgnezdno orodje izberemo stroj s premajhno silo zapiranja. To težavo rešimo z zaprtjem enega ali več gnezd, s čimer zmanjšamo odrivno silo. Kako pravzaprav določimo potrebno silo zapiranja? Sila zapiranja je enaka produktu projecirane površine celotnega odpreska in srednjega tlaka v orodju. Površino lahko brez težav izračunamo. Težje je določiti srednji tlak v orodju. V Preglednici 3.1 so okvirne vrednosti srednjih tlakov v orodju za nekatere Bayerjeve materiale. Tlaki so podani v barih.

160

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Novodur

ABS

250 do 350

Durethan

250 do 700*

Makrolon

300 do 500

Pocan

PBT

250 do 700*

Apec - HT

PC - HT

300 do 500

Desmopan

TPU

300 do 700*

Bayblend

PC + ABS

250 do 400

*O pomba: pri delnokristaliničnih materialih (dobre lastnosti tečenja) se včasih jemljejo večje vrednosti, da se izognemo prelitju. Preglednica 3.1/19/: Srednji tlaki v barih za nekatere Bayerjeve materiale.

Naslednji primer določanja sile zapiranja upošteva še pot tečenja mase v kalupni votlini in debelino izdelka. Za različna razmerja med potjo in debelino lahko v diagramu odčitamo srednji tlak v orodju (specifični tlak zapiranja) glede na srednjo debelino izdelka (Slika 3.12). Diagram velja za lahko tekoče materiale in enostavno obliko izdelka. Pri izdelkih iz težko tekočih materialov z mnogimi rebri in stopničastimi prehodi se poveča iz diagrama dobljeni srednji tlak za 10 do 50 odstotkov. bar

800 150:1

200:1

600

spec. tlak zapiranja srednji tlak v orodju

V praksi se sila zapiranja določa tudi na osnovi podobnosti izdelkov. Pred izdelavo oziroma naročilom orodja se pri obstoječih izdelkih pri delu na stroju ugotovi, katera sila zapiranja je optimalna in le-to upoštevamo pri izdelavi novega orodja oziroma pri naročilu novega stroja. Velikost nastavljene sile zapiranja preverjamo z urico. Med delom se vpenjalni plošči stroja, zaradi odrivne sile, ne smeta razmakniti za več kot 0,02 mm. Na Sliki 3.13 je prikazan močno prelit izdelek zaradi premajhne sile zapiranja.

100:1

400

70:1

200

0,5

1,5

2 mm

Slika 3.12/13/: Določanje srednjega tlaka v orodju

Temperatura taline (–5) Če ocenimo, da je temperatura taline previsoka, jo znižamo do optimalne vrednosti, ki je še primerna za neki material. Pri tem si pomagamo z meritvijo temperature izbrizgane taline. Tlak brizganja Tlak brizganja omejimo na vrednost, ki je le nekoliko večja od upora pri tečenju ta-

Slika 3.13/35/: Močno prelit izdelek zaradi premajhne sile zapiranja

161

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

line. Če je tlak nastavljen previsoko, se ob zapolnitvi kalupa ustvari tlačna konica, zaradi katere se orodje razpre. Vsekakor moramo nekoliko pred volumetrično zapolnitvijo preklopiti tlak brizganja na nižji naknadni tlak. Če imamo senzor tlaka v hidravličnem sistemu ali celo v orodju, lahko krivuljo tlaka brizganja vizualno optimiramo tako, da ne nastane tlačna konica. Hitrost brizganja (–1) Pri tankih izdelkih moramo uporabiti veliko hitrost, ki omogoča boljše polnjenje kalupa ter manjše izgube temperature in tlaka. Pri veliki hitrosti pa je težko ujeti pravi trenutek preklopa na nižji tlak polnjenja. Zato nastanejo tlačne konice in prelitje. Če ocenimo, da je končna hitrost prevelika, jo zmanjšamo. Tlačni senzor v orodju nam lahko veliko pomaga pri optimiranju krivulje hitrosti brizganja. Poiščemo najugodnejši profil poteka hitrosti brizganja, ki vključuje začetno majhno, vmesno veliko in zaključno majhno hitrost. S takim profilom hitrosti dosežemo najbolj uravnotežene pogoje brizganja. Naknadni tlak (–3) Tik pred volumetrično zapolnitvijo preklopimo tlak brizganja na nižji naknadni tlak. V tem trenutku kalup še ni poln in prelit. Če je naknadni tlak previsoko nastavljen, sila zapiranja pa optimalno izbrana, bo tlak v orodju razrinil obe polovici orodja. Pojavila se bo mrena. Naknadni tlak zmanjšujemo do tiste vrednosti, pri kateri še ni videti znakov posedenosti. Nastavitev naknadnega tlaka je lahko eno- ali večstopenjska. Čas preklopa na naknadni tlak (–2) Čas preklopa prilagajamo hitrosti brizganja. Čim večja je hitrost, prej moramo preklopiti na naknadni tlak, da v orodju ne nastane konica tlaka. Čas preklopa na manjšo hitrost brizganja Najprej hitrost brizganja preklopimo na manjšo vrednost. Nato tlak brizganja preklopimo na naknadni tlak. Tako ustvarimo obvladljivejše pogoje za preklop na naknadni tlak v vedno enakem trenutku. S tem preprečimo možnost občasnega prelitja. Hod doziranja Nekateri predelovalci uravnavajo zapolnitev kalupa samo z dozo. V takih primerih sta tlak in hitrost brizganja konstantni veličini. Pri brizganju gre polž do naseda, še delujoči tlak brizganja pa preprečuje, da bi masa iz kalupa iztekla nazaj v cilinder stroja. Tlak brizganja mora biti visok, da se stlači v kalup še tista količina mase, ki je potrebna za izravnavo krčenja mase, medtem ko polž miruje v svojem sprednjem položaju. Napake pri izdelavi orodja Na prelitost vplivajo predvsem naslednje napake v izdelavi orodja:

162

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Orodje je premalo togo. Prelitje se pojavlja predvsem na sredini delilne ravnine orodja zaradi povesa orodja. Vgraditi moramo opore, da preprečimo poves, ki ga merimo z merilno urico med delovanjem orodja. Na Sliki 3.14 se vidi prelitost v področju dolivnih kanalov na sredini orodja. Zaradi velikih uporov pri tečenju mase po teh kanalih tlak brizganja močno naraste. Temperatura mase v cilindru stroja je primerno visoka. To dokazuje razpotegnjen stržen z nitko na začetku stožčastega dolivka. Zato temperatura mase v cilindru stroja ni krivec za nastale upore. Veliki upori so posledica ohladitve mase v tunelnih dolivkih zaradi majhne hitrosti brizganja. Zaradi teh uporov tlak brizganja močno naraste, orodje se v sredini upogne in masa zalije nastalo režo.

Slika 3.14/35/: Prelitje na sredini delilne ravnine zaradi povesa orodja

Prileg sestavnih delov orodja je ohlapen. Zaradi ohlapnosti je reža med vložki prevelika in jo masa zalije. Izdelati moramo nove vložke ali pa dele navarimo in obdelamo na večjo mero (Slika 3.15). Delilna ravnina je poškodovana oziroma netesna. Delilna ravnina je izpostavljena različnim obremenitvam. Pojavljajo se vtisi zaradi udarcev ali prelitja taline. Poškodbe navarimo in površino obdelamo. Prelitje se pogosto pojavlja tudi na mestih, kjer so snemalci ali odzračevalni kanali (Slika 3.16). Neenaki pogoji polnjenja pri večgnezdnih orodjih Pri večgnezdnih orodjih morajo biti pogoji polnjenja za vsa gnezda popolnoma enaki. V praksi pa vselej ni tako. Pogosto se dogaja, da so izdelki iz nekaterih gnezd preliti, istočasno pa so izdelki iz drugih gnezd ne-

Slika 3.15/35/: Prelitje vrtljivega zgloba

Slika 3.16/64/: Prelitje na mestu odzračevanja

163

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

zaliti. Najpogostejše napake, ki povzročajo različno zalitost izdelkov, so: – različni prilegi delov gnezd, – neusklajeni dolivni kanali, – neusklajene dolivne odprtine, – neenakomerno hlajenje kalupa, – neusklajena temperaturna regulacija toplokanalnih šob pri toplokanalnih orodjih, – različni stožčasti dolivki pri delnih toplokanalnih orodjih. Zlasti slednji pojav je zelo pogost in zelo moteč. Prisoten je pri večgnezdnih orodjih z delnim toplokanalnim sistemom. Pri teh orodjih se toplokanalni razvod nadaljuje s hladnokanalnim razvodom z več stožčastimi dolivki. V takih primerih je pomembno, da imajo vsi stožčasti dolivki enak stržen na začetku stožca, kar dokazuje, da so pogoji gretja in tečenja taline v vseh toplih šobah enaki. Če so nekateri izdelki nezaliti, drugi pa prea b liti, najprej pogledamo, kakšen je stožčasti dolivek. Stožčasti dolivek bi navadno moral imeti majhen stržen (Slika 3.17 – b). Če imajo nekateri stožčasti dolivki gladek odrez med toplokanalno in hladnokanalno šobo (Slika 3.17 – a), pomeni, da stržen ostaja v topli šobi, zato pri naslednjem brizgu Slika 3.17/63/: a in b: stožec brez in deluje kot zamašek, ki onemogoča normal- s strženom no tečenje taline. V primeru a je toplokanalna šoba v trenutku brizganja prehladna. Pri odpiranju orodja se hladni del dolivka od toplega dela odtrga tako, da zamrznjen stržen ostane v luknji tople šobe. Ukrep Malo povišamo temperaturo tople šobe. Topla šoba naj ima konično izvrtino, da se stržen lažje potegne iz luknje in jo sprosti za naslednji brizg.

N.04. PRENAPOLNJENOST Prenapolnjenost kalupa ima mnoge izrazne oblike. Nekatere so na izdelku dobro vidne, nekatere pa komaj opazne. Zaradi prenapolnjenosti največkrat zasledimo naslednje pojave: N.04.a odlomljenost, počenost N.04.b krhkost N.04.c podrsanost snemalnih sten N.04.d deformiranost, vtisi snemalcev

164

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Napake PRELITOST iz predhodnega poglavja G.03 nismo pridružili napaki G.04 PRENAPOLNJENOST, ker je kalup v več primerih prelit zaradi netesnosti in ne zaradi prenapolnjenosti. Glavni parametri, ki povzročajo prenapolnjenost kalupa, so hitrost brizganja, naknadni tlak, čas naknadnega tlaka, čas preklopa na naknadni tlak, temperatura taline, temperatura kalupa in velikost doze. S postopnim in previdnim zmanjševanjem vrednosti teh parametrov zmanjšujemo napolnjenost. (Izdelek se lažje loči od kalupa in se pri snemanju ne poškoduje.) Kljub mnogim skupnim povzročiteljem je vendarle treba analizirati vsako napako posebej, pri čemer upoštevamo tudi zasnovo orodja. N.04.a Odlomljenost, počenost Ti napaki zasledimo pri togih, krhkih materialih, kot so PMMA, PS, SAN. Izdelki, narejeni iz teh materialov, pokajo predvsem zaradi dveh razlogov. Prvi je ta, da je material že po svojih naravnih lastnostih krhek, zato vsaka nepravilnost v konstrukcijskem oblikovanju izdelka lahko povzroča pokanje. Drugi razlog so notranje napetosti v izdelku, ki še dodatno povečajo krhkost. Le-te so posledica nepravilnosti v postopku brizganja. Zaradi prevelikih notranjih napetosti se sčasoma, zlasti pa pod vplivom agresivnih medijev, pojavijo vidne razpoke, zaradi katerih postane izdelek neuporaben. Višja temperatura orodja običajno ugodno vpliva na zmanjšanje notranjih napetosti in krhkosti, povečuje pa možnost prenapolnjenosti kalupa. Več o notranjih napetostih bomo pisali v poglavju N.35, NOTRANJE NAPETOSTI. Preprečevanje pokanja Sila zapiranja Če je sila zapiranja premajhna, se orodje med vbrizgavanjem taline razpre. Ko tlak brizganja popusti, se kalup ponovno zapre in še dodatno stlači vbrizgano maso. Zaradi tako nastale prenapolnjenosti lahko pričakujemo, da bodo izdelki iz krhkih mas pri snemanju pokali. Spremljajoči pojav take stisnitve kalupa so neopazne lasaste razpoke na površini izdelka. Tudi o tem pojavu bomo pisali pri napaki N.35, NOTRANJE NAPETOSTI. Silo zapiranja moramo povečati, da preprečimo razpiranje kalupa. Premalo tog kalup Pri krhkih in togih materialih ima elastična deformacija kalupa zelo negativne učinke. Če je kalup premalo tog, se kalup na delilni ravnini usloči, po prenehanju tlaka brizganja pa ponovno zravna. Učinek je isti kot v primeru premajhne sile zapiranja. Togost kalupa povečamo z odebelitvijo kalupnih plošč in vgraditvijo podpor.

165

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Vpliv oblike in materiala izdelka – Stene izdelka brez snemalnih kotov ali s premajhnimi snemalnimi koti zelo otežujejo snemanje. Snemalne ploskve, ki so obdelane z elektroerozijo ali jedkanjem, morajo imeti ustrezno povečan snemalni kot. – Nekateri materiali imajo dobre drsne lastnosti in ne povzročajo težav pri snemanju, zato tudi ne pokajo. Pri krhkih materialih uporabimo večji kot snemanja, da preprečimo pokanje. – Različne zareze na snemalnih stenah, ki jih včasih naredimo, da zadržimo izdelek na strani snemanja, tudi zelo otežujejo snemanje. Pri krhkih masah povzročijo celo pokanje, pri mehkejših pa zvitost izdelka. – Debelina sten mora biti premišljeno izbrana. Če so stene pretanke, nastane trdnostni problem in izdelek pri snemanju poka, zlasti na mestih snemalcev. – Ostri zaključki sten povzročajo koncentracijo notranjih napetosti in zareznih učinkov. Na teh mestih se pri snemanju pogosto pojavijo napetostne razpoke, zlasti pri krhkih materialih. Ostre robove rahlo zaokrožimo. Vplivi nastavitvenih parametrov Vplivne parametre optimiramo v skladu z uvodoma omenjeno optimizacijo parametrov. N.04.b Krhkost Krhkost je pogosto vzrok za pokanje izdelka pri snemanju ali uporabi. Če pokanja ne moremo odpraviti z uvodoma navedenimi možnostmi, je na voljo še preučitev možnosti zamenjave materiala. Lahko si pomagamo tudi z dodajanjem elastomerne komponente osnovnemu materialu, da mu povečamo žilavost. Zamenjava materiala je povezana s pridobitvijo soglasja in višjo ceno bolj žilavega materiala.

9 2

4 10 7

6 1

Slika 3.18/63/: Praske 7 zaradi grobo brušene delilne ravnine

166

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

N.04.c Podrsane snemalne stene Če je delilna ravnina ob kalupni votlini poškodovana ali preveč grobo pobrušena, nastanejo na izdelku pri snemanju praske. Praske so izrazitejše, če je kalup močno napolnjen in je krčenje izdelka oziroma odstopanje izdelka od zunanje površine kalupne votline minimalno. Mesto 7, ki povzroča praske, moramo zgladiti (Slika 3.18). Praske in podrsana površina nastanejo tudi v primeru erodirane snemalne površine, ker zaradi premajhnega skrčka izdelek ne odstopi od erodirane površine. Doseči moramo večji skrček z manjšo napolnjenostjo kalupa ali pa povečamo snemalni kot. N.04.d Deformiranost, vtisi snemalcev Razlikujemo deformiranost, ki nastane zaradi težke snemljivosti iz kalupa, in deformiranost oziroma zvitost, ki nastane zaradi delovanja notranjih napetosti v izdelku, ki so posledica nepravilnih procesnih parametrov brizganja in neustrezne oblike izdelka. V tem poglavju bomo pisali o deformiranosti izdelka zaradi težke snemljivosti oziroma prenapolnjenosti kalupa. Če so izdelki trdi in togi, se v primeru težke snemljivosti pojavlja pokanje. V primeru mehkejših izdelkov je prisotna deformacija. Ukrepi za preprečitev tovrstnega zvijanja so deloma podobni ukrepom za preprečevanje pokanja. – Izogibati se moramo majhnim snemalnim kotom, raznim zajedam in previsnim mestom. Število snemalcev mora biti zadostno. Če je površina snemalcev premajhna, se na izdelku poznajo moteči vtisi snemalcev. Višja temperatura običajno ugodno vpliva na zmanjšanje krhkosti in notranjih napetosti, povečuje pa možnost prenapolnjenosti kalupa in težav pri snemanju. Poleg tega je visoka temperatura orodja pogosto razlog za deformacijo izdelka pri snemanju, ker ima izdelek v trenutku snemanja premajhno toplo trdnost. V takih primerih je koristno, če temperaturo orodja znižamo. Učinkovito je tudi podaljšanje hlajenja.

N.05. STIČNE ČRTE Stične črte nastanejo na stiku dveh ali več tokov taline pri izdelkih z več dolivnimi mesti, luknjami in poglobitvami ter različnimi debelinami sten zaradi nepopolnega zlitja tokov. Pri združevanju tokov taline lahko nastanejo naslednji pojavi: - stične črte zaradi hladnega spoja, - stične črte zaradi zaustavitve toka, - stične črte z zajetim zrakom in ožigom, - stične črte z lisami pri obarvanih materialih, - stične črte z liso pri polnjenih materialih.

167

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

N.05.a Stične črte zaradi hladnega spoja Oba tokova, ki se združujeta, imata rahlo zaokroženi čeli s skoraj ohlajeno strjeno kožico. Čeli se pri stiku obeh tokov pod vplivom delovanja tlaka brizganja sploščita, vendar zaradi že strjene kožice ne popolnoma. Zaokrožitvi na združenih čelih taline tvorita zarezo, ki je lahko tenka kot las in komaj opazna, lahko pa je izrazita, dobro vidna ter zelo moteča (Slika 3.19). Slika 3.19/24/: Stična črta na obeh

Poleg stične črte je prisoten še slab spoj straneh izdelka obeh tokov zaradi ohlajene kožice na čelih taline, ki onemogoča popolno zlitje. Slab spoj in zarezni učinek stične črte zelo poslabšujeta mehanske lastnosti izdelka, zato moramo stične črte izriniti na nekritično mesto na izdelku, ki je manj opazno in ni preveč obremenjeno. Nekatera podjetja preučujejo vpliv hladnega spoja na mehanske lastnosti izdelka s preizkušanjem epruvete, ki ima dve dolivni mesti - eno na vsakem koncu epruvete - tako da nastane na sredini epruvete hladen spoj. Pri tem preizkusu preučujejo pogoje brizganja, ki odločajo o trdnosti hladnega spoja in velikosti stične črte. Pri optimiranju trdnosti spoja sta najbolj pomembna dva parametra: - optimalni čas naknadnega tlaka, da se tokovi taline zanesljivo spojijo med seboj, in - optimalna hitrost brizganja, pri kateri se čelo taline preveč ne ohladi. Najpogosteje si lahko v primeru slabih spojev pomagamo z optimiranjem naslednjih parametrov: - povečamo naknadni tlak, - prilagodimo hitrost brizganja, da je čas brizganja približno sekunda na milimeter debelo steno, - preklop na naknadni tlak vklopimo pozneje, - temperaturo taline zvišamo v okviru dovoljenega, - temperaturo orodja zvišamo, pri tem pa se moramo zavedati, da vsaka stopinja več pomeni za dva odstotka daljši ciklusni čas, - pršilo za boljše razkalupljenje ni priporočljivo. Preprečevanje ali ublažitev vidnih stičnih črt samo s spremembo parametrov brizganja ni v celoti učinkovito. Težavo se lahko ublaži ali v celoti odpravi tudi s klasično spremembo orodja: - prestavitev stičnih črt na nemoteče mesto s prestavitvijo dolivne odprtine; zaradi kompliciranosti oblik to ni vedno mogoče (lego stičnih črt določimo z delnimi brizgi ali simulacijo tečenja),

168

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

sprememba oblike izdelka in kalupne votline, pospeševanje ali zaviranje toka taline s preoblikovanjem sten, večkratno preverjanje prezračevanja orodja; če je orodje pravilno prezračevano, lahko dosežemo več kot 90-odstotno trdnost glede na trdnost osnovnega materiala, vgradnja dodatnega snemalca, skozi katerega prezračujemo, vgradnja poroznega vložka za prezračevanje.

Včasih uporabimo nekatere nepriljubljene postopke, kot sta poliranje in lakiranje, nekateri novejši načini pa omogočajo učinkovito in racionalno reševanje težave. V nadaljevanju bomo navedli tri primere. Vpliv izvedbe dolivnih kanalov na polnjenja kalupa Z izvedbo dolivnih kanalov lahko vplivamo na položaj stičnih črt in kakovost spoja. S številom dolivnih odprtin in mestom dolivanja lahko stične črte prestavimo na želeno mesto, ki je mehansko in optično nekritično (Slika 3.20). Kaskadno brizganje Kaskadno brizganje je postopek, ki preprečuje nastanek stičnih črt. Za ta postopek uporabljamo orodja s toplokanalnimi šobami z igelnimi ventili. S krmiljenjem odpiranja in zapiranja šob je omogočen vpliv na polnjenje kalupa. Nastavitev programa brizganja je zahtevno delo. Pripraviti moramo talino, ki bo na vseh šobah homogena in enaka, da se pri zlitju tokov talina ne skali. Polnjenje se začne s srednjo šobo. Ko tok mase prelije naslednjo šobo, se tudi ta odpre in vključi v tok taline. Razdalja med šobami je primerno majhna, da se masa med šobami preveč ne ohladi in da se oba tokova dobro zlijeta skupaj (Slika 3.21). Postopek Regloplas PROMOLD V laboratoriju za predelavo plastičnih materialov na visoki strokovni šoli v Iserlahnu

Slika 3.20/35/: Simulacija tečenja taline

Slika 3.21/66/: Shema kaskadnega brizganja

169

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

v Nemčiji so pod vodstvom profesorja P. Thinela razvili postopek, ki omogoča brizganje brez hladnih spojev tudi pri uporabi hladnokanalnih orodij. Bistvo tega postopka je, da se površina orodja na mestu in času nastajanja stičnih črt za trenutek segreje na povišano temperaturo, da se stik dveh tokov dobro zlije. Nato se temperatura ponovno zniža na predhodno nastavljeno. To kratkotrajno segretje bistveno ne podaljšuje ciklusnih časov in gospodarnost postopka ni vprašljiva. Orodje se dogreva bodisi z vročo vodo, ki ima temperaturo višjo od 95 ºC, z visokotlačno temperirno napravo in ločenimi tokokrogi, bodisi z električnimi paličnimi grelniki, nameščenimi tik pod površino kalupne votline. N.05.b Stične črte zaradi zaustavitve toka taline Lasasta ali močnejša brazdasta črta nas v nekaterih primerih opozarja, da je masa na tem delu zastala in počakala, da se je napolnil preostali del kalupne votline. Ko je tlak v kalupu narasel, je tudi na tem mestu masa stekla naprej, ostala pa je brazda zaradi ohlajene čakajoče mase. Na teh mestih izdelek običajno pod obremenitvijo poči. Tipičen primer takega pojava so pritrdilni tulci na različnih ohišjih, na katere se privijači različne pokrove (Slika 3.23). Ko se pokrov privijači na ohišje, vijaki odtrgajo tulce na mestih hladnega spoja.

Slika 3.22/35/: Stična črta z liso

Slika 3.23/63: Tulec s hladnim spojem zaradi čakajoče mase

Ukrepi - povečati hitrost brizganja, da masa čim prej zapolni celoten kalupni prostor - povečati temperaturo orodja - preveriti, ali je tulec dimenzioniran v skladu s konstrukcijskimi pravili N.05.c- Stične črte z zajetjem zraka in ožigom Ožig povzroča zajet zrak v orodju, ki ga tokovi mase obkolijo in pri nadaljnem tečenju stisnejo v mehurček. Pri velikem tlaku brizganja in pri veliki hitrosti lahko temperatura v območju zajetja zraka doseže od 800 do 1000 ºC. Makromolekule mase, ki so v stiku z vročim stisnjenim zračnim mehurčkom, se termično razkrojijo, zoglenijo in s črnim sajastim madežem označijo mesto ožiga (Slika 3.24), kar se pozna tako na izdelku kot tudi

170

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

na orodju. Orodje se mora nenehno čistiti. Včasih se sled ožgane mase skoncentrira v ožgano luknjo na izdelku. Ožig ne nastane le kot posledica stisnitve zajetega zraka, ki ga z vseh strani obkolijo tokovi taline. Zajetje zraka in nato ožig se Slika 3.24/63/: Ožig na stičnih črtah pogosto zgodi tudi v utorih in drugih poglobitvah, iz katerih se zrak ne more umakniti pred tokom taline. Ukrepi - Velikokrat lahko ožig preprečimo s pravočasnim preklopom na zelo majhno hitrost brizganja. Stisnitev zajetega zraka poteka zelo počasi, zato ne pride do ožiga. Vidijo se samo stične črte, ki pa so včasih komaj opazne, če je tlak primerno velik. - Silo zapiranja zmanjšamo. S tem se omogoči boljše odzračevanje. - Preverimo odzračevanje tudi v orodju in vgradimo odzračevalne vložke na mestu ožiga. - Premestimo mesto dolivanja N.05.d Stične črte z liso- pri obarvanih materialih Pri nekaterih obarvanih materialih nastane zaradi razslojevanja pigmenta na stiku dveh tokov temnejša barvna lisa. Lisa ima videz širokega temnega pasu vzdolž stične črte ali ostro omejene debelejše črte (Sliki 3.22 in 3.25). Ta pojav je posledica neugodnih pogojev pri zlitju obeh tokov, kot sta: - velika termična obremenitev taline in - oksidacija barvnega pigmenta zaradi nezadostnega odzračevanja. Pojav je najpogosteje prisoten pri materialih z anorganskimi pigmenti svetle barve, kot so bela, modra, zelena in oranžna. Napaka je bolj pogosta pri kopolimernih materialih kot sta ABS in SAN. Preprečevanje napake je problematično. Optimirati moramo hitrost toka in zmanjšati termične obremenitve v trenutku stika dveh tokov. Poskrbeti moramo za dobro odzračevanje. Preveriti moramo ustreznost barvila. Stične črte prestavimo na manj vidno mesto.

Slika 3.25/35/: Podoba močnejše barvne lise na stiku dveh tokov

171

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

N.05.e Stične črte z liso - pri polnjenih materialih Polnila in steklena vlakna se na mestu stika dveh tokov usmerijo v novo smer vzdolž stične črte. Ta sprememba je vidna na površini izdelka v obliki lise različnega videza. Območje spoja je mehansko oslabljeno. En vzrok je stična črta, ki povzroča zarezni učinek, drug pa anizotropnost mehanskih lastnosti zaradi močne usmerjenosti steklenih vlaken ob stični črti. Ta pojav lahko omilimo s splošnimi ukrepi za preprečevanje stičnih črt.

N.06. ONESNAŽENOST IZDELKA S TUJKI Veliko možnosti je, da se material (granulat) med pripravo za proizvodno delo in predelavo onesnaži. Onesnaženost materiala se na površini izdelka izrazi v različnih oblikah. Najpogostejše vidne napake so naslednje: N.06.a sivi svetleči delci N.06.b lise zaradi onesnaženosti z drugimi plastičnimi materiali N.06.c1 črne pikice – majhne (manjše kot 1 mm2) N.06.c2 črne pike – večje (večje kot 1 mm2) N.06.d srebrni žarki in lise zaradi prisotnosti degradiranega regenerata N.06.a Sivi svetleči delci Ta pojav je prisoten pri uporabi cevnih sistemov transportiranja plastičnega granulata. Če so cevi iz aluminija, so zaradi velike hitrosti trdega granulata izpostavljene obrabi. Odbrušeni prašnati aluminijasti delci se s staljenim plastičnim materialom vbrizgajo v kalup in onesnažijo izdelek. V kritičnih primerih je treba aluminijaste cevi nadomestiti z jeklenimi. Obrabi so še posebno izpostavljene krivine cevovodov. N.06.b Lise zaradi onesnaženosti z drugimi plastičnimi materiali Ta napaka se dogaja pri menjavi materialov in pri sušenju na pladnjih v komornih pečeh. Ko zamenjujemo material, moramo dobro očistiti vse naprave in predmete, s katerimi prihaja material v stik. To so sušilni silosi, transportne cevi, mlini, transportni vozički, pladnji za sušenje materiala, lijak na stroju, plastificirna enota, toplokanalno orodje itn. Pri sušenju v komornih pečeh, v katerih se suši več različnih materialov, lahko material iz enega pladnja pade na drugi pladenj in onesnaži material, ki je v njem. Že nekaj zrnc tujega materiala povzroči lise na izdelku. Lise nastanejo tudi zaradi drugih vzrokov. V prejšnjem poglavju smo pri napaki N.05. govorili o lisah, ki nastajajo na mestih združevanja dveh tokov taline pri polnjenih in obarvanih materialih. V poglavjih o napakah N.07 in N. 09 pa bomo govorili o lisah zaradi termične preobremenitve taline med predelavo. N.06.c1 Črne pikice – majhne (manjše kot 1 mm2) Ta napaka nas opozarja, da so se na cilindru in polžu plastificirne enote pojavile majhne razjede, v katerih se masa predolgo zadržuje in zato razkroji. Te zoglenele delce raztaljena

172

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

masa odlušči iz razjede in odnese v kalupno votlino. Odluščeni delci, ki imajo podobo temnih pikic, so zlasti dobro vidni na prozornih brezbarvnih izdelkih in so moteča napaka (Slika 3.26). Taka plastificirna enota ni primerna za izdelavo zahtevnih izdelkov. Zamenjati moramo cilinder, polž ali pa vse posamezne dele. Za predelavo abrazivnih materialov uporabimo dele, ki so zaščiteni proti koroziji in obrabi.

Slika 3.26/14/: Črne pikice zaradi korozije na cilindru in polžu plastificirne enote

N.06.c2 Črne pike – večje (večje kot 1 mm2) Nekateri materiali (na primer PC, CoPC) se močno lepijo na površino cilindra in polža plastificirne enote ter jo prekrijejo s tanko plastjo. Ohlajena plast mase se pri ponovnem segrevanju termično poškoduje, potemni in sčasoma pri ponovni ohladitvi napoka. Talina postopoma odnaša odluščene delce te tanke plasti, ki imajo obliko majhnih luskinic, v kalup. Na izdelku se vidijo kot nekoliko večje črne pike. Take črne luskinice prihajajo tudi z mest slabega tesnjenja ostalih delov plastificirne enote. Na teh mestih masa zastaja in se termično razkraja. Zažgano maso v obliki luskinic odnaša tok taline postopoma v kalup. Tesnilna mesta so med šobo stroja in glavo cilindra, med glavo cilindra in samim cilindrom ter na protipovratnem ventilu na konici polža. Tesnost teh mest moramo preveriti s tuširno pasto. Ugotoviti moramo tudi, ali so deli dovolj privijačeni. Zažgana masa, z navedenih tesnilnih mest, povzroča poleg opisanih črnih pik tudi temne lise, žarke in podobe temnih oblačkov, o katerih bomo govorili pri napakah N.07 in N.09. V praksi preprečujemo luščenje filma tako, da pri prekinitvah dela ne izklopimo grelcev na cilindru za plastificiranje, ampak samo znižamo temperaturo na neko predpisano vrednost. N.06.d Srebrni žarki in lise zaradi prisotnosti degradiranega regenerata Srebrne lise se pogosto pojavljajo pri uporabi regenerata. Ta napaka nastane zaradi pregretja materiala, le da je za to napako kriv termično preveč občutljiv regenerat. Regenerat je enkrat ali večkrat predelan plastični material, ki se po mletju ponovno stali in granulira. Po vsaki predelavi se nekoliko poslabšajo njegove mehanske in toplotne lastnosti. Tak material slabše prenaša nadaljnje predelovalne obremenitve. Posledica tega je hitrejši razkroj makromolekul, kar se na izdelku izrazi v obliki srebrnih pramenov. Lahko je že sam regenerat oporečen in vsebuje delce, ki so že termično poškodovani. V takem primeru je material lisast brez dodatnih toplotnih obremenitev, ki so prisotne pri predelavi. S parametri predelave lahko le v omejenem obsegu ublažimo napako. Najbolje je, da tak material nadomestimo z drugim.

173

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

V primeru uporabe mletega materiala, ki ni granuliran, lahko pričakujemo težave pri predelavi zaradi prašnih delcev, ki so v mletem materialu. Prašni delci se hitreje termično razgradijo in povzročijo nastanek lis na površini izdelka. Mlet material je lahko še dodatno onesnažen s prahom in umazanijo iz okolice, kar povzroča bodisi pikasto bodisi lisasto površino. Ukrep za odpravo napak N.06 Mlet material, regenerat in obraba delov plastificirne enote so najpogostejši povzročitelji napak, kot so srebrne lise, temni oblački in črne pikice. Zato moramo pripraviti navodila za pripravo materiala, orodja in stroja za proizvodno delo ter jih dosledno upoštevati.

N.07. ŽARKI ZARADI VLAGE, PREGRETJA, ZRAKA in PLINOV Že po nazivu napak N.07 lahko pričakujemo težavo pri ugotavljanju, kaj povzroča nastanek žarkov. Povzročitelji so zelo različni, naredijo pa zelo podobno napako. Zato tehnolog brizganja težko oceni, zakaj je do napake prišlo. V vseh primerih je glavni krivec temperatura predelave, ki povzroča splošno pregretje. Povzroča toplotni razkroj makromolekule polimera in nastanek plinov kot produkta tega razkroja. Tako kot prisotnost v talini zajetega zraka in vlage iz granulata tudi ti plini vsak na svoj način oblikujejo podobe napak na površini izdelka. Napake so tudi strukturne in vplivajo na mehanske, toplotne in druge lastnosti termoplasta. Navedli bomo nekaj napotkov za prepoznavanje in odpravljanje teh napak, ki so dostopni v tovrstni literaturi. O strukturnih napakah bomo govorili v poglavju N.31. N.07.a. Žarki zaradi vlage Že pri sušenju higroskopičnih termoplastičnih materialov lahko naredimo prvo osnovno napako, in sicer da premalo posušimo material. Zaradi nezadostnega sušenja, ostane del vlage v granulatu, in se pri predelavi, ob visoki temperaturi taline, uparja. Tvorijo se majhni parni mehurčki, ki se pri brizganju razpotegnejo v tanke srebrne žarke. Ti žarki so kot kratke črtice, ki so v večjem ali manjšem številu na celotni površini izdelka (Slika 3.27). Manjše število črtic je v primeru manjše količine zaostale vlage v granulatu. Nekateri žarki imajo obliko dolge ozke črke U, odprte proti toku taline (Slika 3.28). Do tega pojava pride v primeru velike količine zaostale vlage v granulatu. Razlaga omenjenega pojava Pri brizganju v kalup pridejo mehurčki vodne pare na čelo taline. Zaradi stika z

174

Slika 3.27/64/: Žarki zaradi vlage v obliki kratkih črtic

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

okolico, ki ni pod tlakom, se mehurčki razpočijo, tok mase pa jih razpotegne v obliko dolge črke U. Če ima izdelek zelo marogasto površino (videz marmorja), je vzrok za tako napako vlaga na površini kalupne votline. Ta vlaga se upari in scefra kožico taline, takoj ko se masa prilepi na površino kalupne votline (Slika 3.29). Ukrepi Preveriti moramo, ali je material res vlažen. Enostaven preizkus je, da talino počasi izbrizgamo na prosto. Curek mora biti miren in čist. Če je nemiren in mehurjast, je to najverjetneje znak prisotnosti vlage v granulatu. Treba je izvršiti meritve vlažnosti granulata in preveriti, ali sta temperatura in čas sušenja ustrezna. Če v lijak stroja vsujemo preveč materiala, se lahko v primeru daljšega zadrževanja v lijaku material ponovno navlaži. Vsipati moramo manjšo količino ali lijak ogrevati. Če posumimo, da so lise na izdelku zaradi vlažnega orodja, preverimo tesnost priključkov za vodo in tesnilk hladilnih kanalov.

Slika 3.28/64/: Žarki zaradi vlage v obliki črke U

Slika 3.29/64/: Maroge na izdelku zaradi vlažne površine kalupne votline

N.07.b. Žarki zaradi pregretja To so največkrat razpotegnjeni srebrni žarki (Slika 3.30), ki jih povzroča čezmerna toplotna obremenitev zaradi naslednjih nepravilnosti: - previsoko nastavljene temperature cilindra za plastificiranje in toplokanalnega sistema orodja, - predolgo zadrževanje mase v cilindru, - previsoko število vrtljajev polža, - prevelika hitrost tečenja taline skozi zaporo polža, šobo, dolivno odprtino, ožine in čez ostre robove v orodju. V primeru hujših toplotnih obremenitev in celo razkroja taline (predolgo zadrževanje mase v cilindru) nastanejo temnejši žarki s temnimi lisami.

175

~ N A P A K E

P R I

Slika 3.30/6/: Značilna podoba žarkov zaradi pregretja

B R I Z G A N J U ~

Slika 3.31/64/: Podoba žarkov za ostrimi prehodi v orodju

Zaradi strižnih obremenitev pri pretoku čez ostre prehode se talina toplotno močno poškoduje. V smeri tečenja nastanejo prameni poškodovane taline. Na teh mestih moramo zmanjšati hitrost in zaobliti ostre robove (Slika 3.31). Če se žarki zaradi pregretja pojavljajo v bližini dolivka (Slika 3.32), moramo preučiti dolivne poti v njegovi bližini. Pogosto so vzrok za napako toplokanalni sistem, šoba stroja in dolivna odprtina (predvsem oblika, velikost in ostrina robov).

Slika 3.32/15/: Žarki v bližini dolivka

Pogosto se napaka v obliki žarkov in temnih lis periodično ponavlja. To se dogaja v tistih primerih, pri katerih lahko masa na svoji poti zastaja v mrtvih kotih in špranjah na posameznih delih cilindra za plastificiranje. Zaradi daljšega zadrževanja mase na teh mestih se masa začne razkrajati, nova masa pa to razkrojeno maso občasno odnaša v orodje ter s temnimi lisami in zoglenelimi luskinicami onesnaži izdelek. Na Sliki 3.33 so označena mesta, kjer masa zaradi obrabe tesnilnih površin ali ohlapnega pritrjevanja lahko zastaja. Prikazana sta tudi obrabljena čelna površina polža in s temnimi lisami onesnažen izdelek. Ukrepi Preverimo temperaturo izbrizgane taline. Znižamo temperaturo cilindra, število vrtljajev polža, hitrost brizganja. Skrajšamo čas zadrževanja mase v cilindru z izbiro manjšega premera polža. Preverimo obrabljenost in naleganje delov cilindra. V primeru obrabe jih zamenjamo.

176

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Slika 3.33/6/: Žarki in temne lise zaradi obrabe delov cilindra za plastificiranje

Popravimo neugoden presek in obliko dolivne odprtine, odpravimo ostre robove. Nastavimo stopenjski profil hitrosti. Pri vročekanalnem sistemu preverimo, ali so temperature primerne, kanali dovolj veliki, ustje normalno prehodno (ni delno zamašeno). N.07.c. Žarki zaradi zraka V talini zajet zrak povzroča najrazličnejše napake na površini ali v notranjosti izdelka. Te napake se najpogosteje pojavljajo v obliki dolgih srebrnih žarkov, razpršenih največkrat po istem mestu na velikem delu površine. V notranjosti izdelka se napake pojavljajo kot temni prameni ali oblački, mehurčki s penečimi se obrobami ali drobni čisti mehurčki, ki so v večjem številu prisotni na različnih mestih v izdelku. Seveda so te napake vidne le pri prozornih materialih. O tem bomo pisali v naslednjem poglavju N.08. Če se ti mehurčki na poti proti šobi stroja zaradi velikega tlaka in hitrosti stisnejo in razpotegnejo v črtasto sled, se te sledi na površini izdelka vidijo kot srebrni žarki.

177

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Masa zajame zrak med plastificiranjem, ko z granulatom prihaja v cilinder, v kalupu na mestih vdolbin, pregrad in ostrih prehodov (podobno kot kaže Slika 3.31) ali pri stiku šob orodja in stroja. Med plastificiranjem zajet zrak, ki prihaja skozi vstopno cono v cilinder, se zaradi premajhnega protitlaka ne iztisne nazaj na prosto. Iztisnitev zraka je še težja, če se je topljenje granulata začelo prezgodaj zaradi previsoke temperature cilindra v bližini vstopne cone. Zajeti zračni mehurčki se pomikajo z delno raztaljenim granulatom proti sredini cilindra, kjer se granulat v celoti raztali. Nato se v talini pomikajo proti sprednjemu delu cilindra in zberejo v nadozirani količini mase pred polžem, pripravljeni za vbrizgavanje v kalup. Pri brizganju močno naraste tlak v talini. Mehurčki se stisnejo, močno segrejejo in med brizganjem razpotegnejo v spletene pramene toplotno poškodovane mase, kot kaže Slika 3.34. Znak za previsoko temperaturo cilindra pri vstopni coni je tudi vrtenje polža na mestu. To podaljšuje čas ciklusa in termično poškoduje maso. Ukrep Povečati protitlak, znižati temperaturo cilindra pri vstopni coni, zmanjšati število vrtljajev polža, zmanjšati hod doziranja z izbiro večjega premera polža, zmanjšati oziroma profilirati hitrost brizganja, optimirati naleganje šobe, odpraviti ostre prehode v kalupu, odzračevati kalup. N.07.d. Žarki zaradi plinov Žarki zaradi plinov nastajajo podobno kot žarki zaradi zraka. Tudi v tem primeru ja prva stopnja nastajanja žarkov, nastanek mehurčkov, ki pa niso posledica zajetega zraka ali vlage, ampak plinov kot produktov razkroja pregrete taline. Tako kot zračni mehurčki se tudi plinski mehurčki zaradi visokega tlaka stisnejo, še dodatno pregrejejo talino in med

Slika 3.34/6/: Žarki zaradi zajetega zraka

178

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

brizganjem razpotegnejo v ožgane žarke. Če opazujemo curek počasi iztekajoče taline, vidimo, da je nemiren in mehurjast kot v primeru vlažnega materiala. Do pregretja taline prihaja največkrat pri predelavi nizkoviskoznih materialov, ki se morajo predelovati pri visokih temperaturah (tankostenski izdelki). Visokoviskozni materiali so bolj odporni proti pregretju. Plinski mehurčki se tvorijo iz plina, ki se sprosti iz pregrete taline v primeru nastanka podtlaka. Možnost za nastanek podtlaka se ponudi v primeru močne dekompresije pri pomiku polža nazaj po končanem doziranju. Talina je najbolj dekomprimirana pri stiku s konico polža. Tu se ustvari največ mehurčkov, ki se po vbrizgavanju nadozirane količine pomaknejo v področje blazinice. Pri naslednjem brizganju jih vbrizgamo v kalup. Zato so v tem primeru ožgana mesta v bližini dolivka. Ukrep Zmanjšati hod in hitrost dekompresije. Preveriti temperaturo izbrizgane taline in po potrebi znižati temperature cilindra. Prilagoditi vse parametre, ki vplivajo na temperaturo taline.

N.08. MEHURČKI Ko smo v prejšnjem poglavju pisali o žarkih zaradi zajetja zraka, vlage in plinov, smo zapisali, da so žarki pravzaprav močno pregreti mehurčki s termično poškodovano lupino, pri brizganju pa se zaradi visokega tlaka stisnejo in pustijo na površini izdelka sled v obliki razpotegnjenih črt in pramenov. Pri lažjih pogojih brizganja se mehurčki ne stisnejo in tudi lupina mehurčka ostane termično nepoškodovana. Mehurčki, ki pridejo na čelo taline, se razpočijo, homogeno zlijejo z ostalo talino in brez napak prekrijejo površino kalupne votline. Mehurčki, ki ostanejo v notranjosti toka, obdržijo svojo obliko in čistost, lahko pa imajo tudi penečo se obrobo. Pri prozornih materialih so lepo vidni. Ukrepi za preprečevanje mehurčkov so enaki kot za preprečevanje žarkov (napaka N.07). Mehurčki so lahko tudi navidezni. Sicer imajo podobo mehurčkov, vendar je v njih vakuum, zato se imenujejo vakuumski mehurčki. Nastanejo na odebeljenih mestih pri ohlajanju mase. N.08.a. Mehurčki zaradi zajetega zraka Zrak lahko pride v talino v vstopnem območju cilindra za plastificiranje, na stiku šob orodja in stroja ali v orodju. V vstopno območje cilindra pride skupaj z granulatom. Če se granulat prezgodaj stopi, je izrivanje zraka nazaj onemogočeno, zrak ostane ujet v talini, tako da se v obliki zračnih mehurčkov skupaj s talino pomika proti šobi stroja in naprej v orodje. Mehurčki so lahko posamezni ali pa jih je več, lahko so drobni ali večji, lahko so čisti, pa tudi s penečo se obrobo, če so pogoji brizganja težji in tlak brizganja razmero-

179

~ N A P A K E

P R I

Slika 3.35/16/: Mehurček v obliki kometa

B R I Z G A N J U ~

Slika 3.36/16/: Razpršen mehurček v obliki kometa

ma visok. Včasih imajo taki mehurčki tudi svetlejše ali temnejše pramene (Slika 3.35). Če se tak mehurček na čelu taline razprši, dobi podobo oblačka (Slika 3.36). Na Sliki 3.37 so vidni žarki termično poškodovane mase, ki se končujejo z mehurčki. Ukrepi proti zajetju zraka v vstopnem območju: povečati protitlak, znižati temperaturo cilindra pri vstopnem območju (upoštevati dovoljeni minimum), dozirni hod naj ne bo prevelik

Slika 3.37/16/: Mehurčki, pospremljeni z žarki

Ukrepi proti zajetju zraka na stiku šob orodja in stroja: preveriti naleganje, zmanjšati hitrost in hod dekompresije Ukrepi proti zajetju zraka v orodju: dobro odzračevanje, optimalna izbira mesta dolivanja in hitrosti brizganja, preprečevanje preskokov taline na mestih vdolbin, pregrad in ostrih prehodov, ostre robove moramo rahlo zaokrožiti N.08.b. Mehurčki zaradi vlage Lise in žarke zaradi vlage pozna vsak predelovalec, težje pa je vlagi pripisati nastanek mehurčkov. Pa vendar jih povzroča tudi vlaga. Pri topljenju vlažnega granulata v cilindru za plastificiranje se iz taline izloča vlaga, ki se uparja in tvori mehurčke. Ti mehurčki se vedejo kakor zračni mehurčki in povzročajo njim podobne napake. Če običajni ukrepi proti nastanku mehurčkov niso dovolj, moramo zato preveriti tudi suhost granulata. N.08.c. Mehurčki zaradi plinov Ti mehurčki se navadno pojavljajo pri termično občutljivih materialih, ki se morajo predelovati pri visokih temperaturah in dolgih časih zadrževanja mase v cilindru. V tem primeru lahko pride do termičnega razkroja materiala in izločanja plinov, ki v pregreti talini

180

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

tvorijo mehurčke. Plin se sprošča pri padcu tlaka, ki na primer nastane pri močni dekompresiji pred plastificiranjem ali po njem. Ukrepi Znižanje temperature mase, znižanje temperatur na cilindru, zmanjšanje števila vrtljajev polža, znižanje protitlaka ter skrajšanje časa zadrževanja mase v cilindru z izbiro manjšega cilindra. N.08.d. Vakuumski mehurčki Kot smo uvodoma napisali, vakuumski mehurčki niso običajni mehurčki. Imajo samo njihovo obliko, sicer pa je v njih vakuum. Nastanejo zaradi popolnoma drugih vzrokov. Običajni mehurčki nastanejo zaradi ekspanzije zajetega zraka, izločenih plinov ali uparjene vlage, vakuumski mehurčki pa so prazne votlinice, ki nastanejo pri krčenju mase na odebeljenih mestih. Ohlajena površina izdelka preprečuje krčenje proti sredini. Ker se vroča sredica skuša skrčiti, pa se ne more zaradi trde zunanje stene, nastanejo med sredico in zunanjo steno velike natezne napetosti, ki sredico povlečejo k zunanjim stenam, tako da v sredini nastane prazen prostor v obliki mehurčka. Imenujemo ga vakuumski mehurček (Slika 3.38). Zaradi različnosti nastanka je tudi odpravljanje te napake različno. Zato moramo ugotoviti, ali je opazovani mehurček običajni ali vakuumski. To ugotovimo tako, da izdelek potopimo v vodo in ga prevrtamo do mehurčka. Če se iz njega dvigne zračni balonček, potem to ni vakuumski mehurček.

vakuumski mehu��ek

Ukrepi: zvišamo naknadni tlak in podalj- Slika 3.38/63/: Vakuumski mehurček šamo čas naknadnega tlaka, povečamo premer dolivne odprtine in kanala v šobi, mesto dolivanja naj bo na najdebelejšem mestu.

N.09. PODOBA OBLAKOV: a) zaradi pregretja; b) zaradi zraka Ta napaka je hujša stopnja razkroja mase zaradi pregretja, ki je posledica previsoko nastavljenih temperatur v toplih kanalih orodja in cilindru za plastificiranje, dolgega časa zadrževanja mase v cilindru in toplih kanalih orodja, močnega trenja pri hitrem vrtenju polža ter zaradi poškodovanih delov polža, kjer se masa zažiga in občasno vključuje v tok taline (Slika 3.39). To pregretje navadno povzroča močno rjavo obarvanost.

181

~ N A P A K E

P R I

Oblake povzroča tudi zajet zrak v vstopnem območju, ki se pri stiskanju močno segreje, zažge maso, tako da nastane podoba črnega oblaka. V tem primeru moramo poskrbeti, da se taljenje granulata ne začne prezgodaj, sicer zajeti zrak ne more nazaj na prosto. Pozorni moramo biti tudi na razmerje hoda doziranja proti premeru polža, ki ne sme biti preveliko. Priporočljivo razmerje je od 1 do 3.

B R I Z G A N J U ~

Slika 3.39/64/: Podoba oblaka zaradi pregretja taline

Pogosto se ta napaka pojavlja ciklično. Kaj se v takem trenutku zgodi, ne moremo ugotoviti brez natančne analize stanja vseh parametrov, ki vplivajo na pregretje, in popisa njihovih vrednosti v trenutku nastanka napake. Najtežje je preveriti obrabljenost polža in njegovih sestavnih delov. Če sumimo, da masa pri brizganju uhaja skozi obrabljeni protipovratni ventil v glavi polža nazaj, je to eden od možnih vzrokov za dodatno pregrevanje. Ovirano je tudi plastificiranje, saj se talina izriva nazaj proti vstopnemu območju. Priporočljivo je, da z rutinskimi posegi (znižanje temperaturnih nastavitev, zmanjšanje števila vrtljajev polža, zmanjšanje hitrosti brizganja itn.) znižamo temperaturo taline do spodnje dovoljene meje in spremljamo dogajanja. Če izboljšanja ni, moramo preveriti ustreznost polža in ga po potrebi zamenjati. Preveriti moramo tudi, ali je material termično preobčutljiv.

N.10. MOTNI MADEŽI Napake z videzom motnih madežev so največkrat posledica zdrsa taline. Zdrs se pojavlja na značilnih delih izdelka za ostrimi robovi, na snemalnih stenah pri razkalupljenju in okoli dolivne odprtine. N.10.a. Motni madeži za ostrimi robovi in prehodi med stenami Na vseh mestih kalupne votline, kjer masa nenadoma spremeni smer tečenja ali teče čez območja večjih odebelitev zaradi orebričenja, se ustvari turbulentni tok taline, ki v primeru velike hitrosti brizganja povzroči zdrs že prilepljene taline. Ko se po premiku odlepljena masa ponovno prilepi na površino kalupa, stik zaradi ohlajene kožice ni več popoln. Ostane motno, podrsano mesto. Ostri robovi na mestih spremembe smeri tečenja še povečajo možnost preskokov taline, slabega oprijema in zdrsa. Pred in za kritičnim mestom je tok hiter, vendar miren, stik s površino popoln, videz površine pa brezhiben (Slika 3.40). Ponavadi so na teh mestih kombinirani vplivi različnih dejavnikov, ki povzročajo še dodatne napake, kot so termične poškodbe zaradi zajetega zraka in povečanih strižnih obremenitev. Zdrs je seveda največji povzročitelj motnega madeža.

182

~ N A P A K E

P R I

Ukrep: Zmanjšamo hitrost polnjenja. Zaokrožimo in zgladimo ostre robove.

B R I Z G A N J U ~

zdrs

dolivno mesto

N.10.b. Motni madeži zaradi zdrsa pri snemanju Zdrs in motni madeži na snemalnih površinah nastanejo pri kalupih z majhnimi snemalnimi koti. Podrsanje je izrazitejše pri trdih masah z majhnim krčenjem in izdelkih z erodirano ali jedkano snemalno površino. Pri strukturirani površini mora biti snemalni kot večji od normalno potrebnega za dodatek ene stopinje za vsakih 0,025 milimetra globine strukture. Na mestih različnih debelin (Slika 3.41) je skrček tanjše stene manjši. Izdelek na tem mestu premalo odstopi od zunanje stene kalupa. Zato se izdelek pri snemanju podrsa po snemalni površini in nastane matiran madež.

N.11. MADEŽI OKOLI

oster rob, vrtin�enje masa zajet zrak, zdrs

tok taline

Slika 3.40/63/: Motni madež za ostrimi robovi

man��i skr��k

podrsano Slika 3.41/63/: Prerez snemalne stene različnih debelin

DOLIVNE ODPRTINE N.11.a. Madež okoli dolivne odprtine zaradi hladne kaplje Pojav si razlagamo tako, da v šobi ali dolivnih kanalih ohlajena masa steče v kalupno votlino, leže na steno okoli dolivne odprtine, pri čemer stik ohlajene mase in kalupne površine ni popoln. Tako nastane motni madež. Ta pojav je izrazitejši, če ima dolivna odprtina ostre robove, zaradi katerih se hladna kaplja razprši okoli dolivne odprtine (Slika 3.42). Za prvo hladno kapljo priteka vroča neohlajena talina, ki brez napak zapolni preostali del kalupa.

Slika 3.42/64/: Madež zaradi hladne kaplje

183

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Ukrepi: – šoba stroja in šoba orodja naj ne bosta prehladni, – preprečimo odvod toplote, – čim prej odmaknemo toplo šobo stroja od hladnega orodja, – šoba stroja naj bo greta do vrha, – šoba stroja naj ima konično luknjo, da se hladni čep potegne z dolivkom ven, – dolivni kanali naj bodo primerno dimenzionirani, – naredimo umik za hladno talino, preden priteče v kalupno votlino. N.11.b. Madež okoli dolivne odprtine zaradi zdrsa, različnega krčenja in gub Ti pojavi so pogosti, še zlasti pri tunelnih dolivkih. Pojavijo se zaradi strukture površine kalupa, temperature, razmerja med debelino stene izdelka in premerom dolivne odprtine ter parametrov brizganja. Majhna dolivna odprtina in velika hitrost polnjenja največkrat povzročita nastanek motnega madeža. Talina z veliko hitrostjo turbulentno steče skozi dolivno odprtino. Prva kaplja taline se prilepi na orodje in površinsko zamrzne. Skozi sredico teče nova masa in zaradi velikih strižnih sil premakne že zalepljen površinski sloj. Podrsana površiSlika 3.43/16/: Madež okoli dolivne na dobi videz motnega madeža (Slika 3.43). odprtine Napako še poveča oster rob dolivne odprtine. Ukrepi: – zmanjšamo hitrost brizganja, – uporabimo program brizganja počasihitro-počasi, – povečamo dolivno odprtino ter zaoblimo in zgladimo ostre robove. Enak motni madež nastane tudi nasproti dolivne odprtine. Ta mesta so navadno na notranji strani izdelka in niso moteča. Nastavitev optimalnega programa hitrosti brizganja počasi-hitro-počasi je zamudna in težko obvladljiva. Podjetje Bayer ima za ta problem enostavnejšo rešitev. Dolivni kanal izvedejo tako, da se tik pred kalupno

184

Slika 3.44/6/: Zmanjšanje hitrosti brizganja pred dolivno odprtino

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Slika 3.45/6/: Madež na strukturirani površini

votlino glavni kanal razcepi še v dva slepa stranska kanala. Centralni tok mase se na tem delu upočasni, tako da priteče mirno in z majhno hitrostjo v kalup (Slika 3.44). Ko se slepa stranska kanala napolnita, je centralni tok mase ponovno hiter. Tako se stopenjski program brizganja samodejno izvaja neodvisno od stroja in vsakokratnega nastavljanja. Motni madež na nasprotni strani dolivne odprtine nastane tudi brez zdrsa. Ta pojav je zlasti prisoten pri izdelavi izdelkov s strukturirano čelno površino ob uporabi zavitega tunelnega dolivka z dolivno odprtino pod čelno površino (Slika 3.45). Talina z visokim specifičnim tlakom zapolni strukturo na nasprotni strani in v tem stanju zamrzne brez krčenja zaradi velike zgoščenosti mase. Na mestih, ki so bolj oddaljena, masa ni tako zgoščena in pri krčenju odstopi od strukture. Ta razlika v krčenju se izrazi kot motni madež. Ukrepi: – znižanje specifičnega tlaka in nastavitev stopenjskega programa brizganja, – razširitev majhne dolivne odprtine pri zavitem tunelnem dolivku v minifilm. S tem dosežemo enakomernejše pogoje polnjenja ter krčenja mase in večinoma preprečimo matirano mesto. Opisana primera motnega madeža okoli dolivka sta lahko kombinirana še s pojavom gub, kot je to prikazano na Sliki 3.46. Zaradi velike polnilne hitrosti se že okoli dolivne odprtine zalepljena masa pod vplivom strižnih sil naguba, zdrsne in ponovno prilepi, kar se vidi kot motni madež. Pri prozornih brezbarvnih masah ima lahko taka nagubana površina mavrični odsev. Pri ostrih robovih dolivne odprtine je pojav še pogostejši.

185

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Slika 3.46/63/: Madež zaradi nagubane mase in zdrsa

V vseh primerih, v katerih prihaja do zdrsa, se na tem mestu površina orodja umaže. Ta madež se potem preslika na izdelek. Zato moramo pri odpravljanju madeža na izdelku opraviti poleg korekcije parametrov še čiščenje motnega mesta na orodju.

Slika 3.47/16/: Prosti curek (vir: Bayer)

N.11.c. Madež okoli dolivne odprtine zaradi prostega curka v obliki špageta Sled prostega curka nastane, če masa brizgne z veliko hitrostjo v kalupno votlino in ne naleti na nobeno oviro, ki bi ta curek zadržala in omogočila razlitje mase v širšem obsegu. Ta curek v kalupni votlini zamrzne. Prihajajoča masa ga zalije, vendar podoba curka v obliki špageta ostane (Slika 3.47). Ukrepi: – zmanjšamo hitrost brizganja, povečamo dolivno odprtino ter zaoblimo in zgladimo ostre robove, – v kalup vgradimo oviro za curek, – zvišamo temperaturo kalupa. N.11.d. Brazde okoli dolivka pri debelih izdelkih Curek mase priteče skozi dolivno odprtino v kalupno votlino in se v obliki diska razlije po nasprotni površini. Zaradi prevelikega prostora masa ne ustvari dobrega stika s površino. V takem stanju se na površini vbrizgane mase že naredi kožica. Pritekajoča masa jo pritisne k površini kalupa, ven-

186

Slika 3.48/64/: Brazde okoli dolivka pri debelih izdelkih

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

dar se z njo zaradi kožice ne zlepi. Zaradi strižnih sil se kožica naguba v koncentrične brazde (Slika 3.48). Ukrepi: S samimi parametri se ta napaka težko odpravi, pomagajo pa naslednje korekture: zmanjšati hitrost brizganja, povečati dolivno odprtino ter zaobliti in zgladiti ostre robove. N.11.e. Madeži okoli dolivne odprtine šobe zaradi plinov in pregretja Te napake so opisane v poglavjih N07b, N07c2 in N07d.

N.12. BARVNE LISE Napake, ki se pri brizganju pogosto pojavljajo, so različne lise zaradi vlažnega granulata, zajetega zraka, termično poškodovane taline, primešanih steklenih vlaken, neprimerne oblike izdelka itn. Če barvamo material sami, pa si lahko nakopljemo še barvne lise. Najpogostejši vzroki nastanka barvnih lis so naslednji: – neustrezno barvilo, – slabo premešana barvilo in osnovni material, – močna orientiranost in posledično različna refleksija, – neenakomerna temperatura orodja (posebno okoli hladne šobe), – neprimerna oblika izdelka, – onesnaževanje z drugim granulatom, – termični razkroj pigmenta ali osnovnega materiala. Parametri, ki najbolj vplivajo na nastanek oziroma odpravljanje barvnih lis, so temperatura mase, hitrost brizganja, oblika polža, število vrtljajev polža, protitlak, čas zadrževanja mase v cilindru in oblika izdelka. Barvne lise zaradi neustreznega barvila (Slika 3.49) Namenska barvila so večinoma kakovostna in ne povzročajo težav. Če se lise pojavijo, moramo z dobaviteljem preveriti, ali sta barvilo in osnovni material združljiva. Pomembno je, da je barvilo termično odporno vsaj tako kot osnovni material, da prenese vse temperaturne obremenitve predelave. Z osnovnim materialom se mora tudi kemično ujemati, da ne pride do razslojevanja in kopičenja barvila. Pomembno je, da se pri barvilih v obliki granulata tudi nosilni material barvila ujema z osnovnim materialom. V primeru nezdružljivosti se zelo poslabšajo tudi mehanske lastnosti, še zlasti pri polikarbonatu. Barvne lise zaradi slabo premešanega barvila in osnovnega materiala Barvilo se pri nizki temperaturi taline ne more enakomerno porazdeliti. Z znanimi ukrepi, kot so nastavitev višjih temperatur cilindra ter povečanje števila vrtljajev polža, protitlaka in hitrosti brizganja, skušamo talino ogreti in doseči boljše zlitje brez termičnih poškodb. Barvilo se mora popolnoma staliti. Bolje se pretali drobnejši granulat barvila.

187

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Homogenost obarvane taline se bistveno poveča z mešalnimi segmenti na glavi polža, šobi stroja ter s cilindrom in polžem z velikim razmerjem L/D. Zaradi boljše homogenosti lahko zmanjšamo delež barvila. Barvne lise zaradi različne refleksije Ta pojav nastane zaradi različne orientiranosti pigmenta. Zaradi različnega svetlobnega odboja dobi površina lisast učinek. Barvne lise zaradi neenakomernih temperatur na površini kalupne votline Temperatura šobe orodja navadno ni usklajena s temperaturo okolišne površine. Tu so lise najbolj izrazite. Za različnost temperatur so zlasti občutljivi metalni pigmenti. Površina kalupa mora biti enakomerno temperirana in ogreta na temperaturo, ki jo priporoča dobavitelj materiala. Barvne lise zaradi neprimerne oblike izdelka Lise so najbolj izrazite za ostrimi robovi. Robovi naj bodo zaokroženi.

Slika 3.49/64/: Barvne lise zaradi nezdružljivosti barvila

Barvne lise zaradi onesnaževanja Onesnaževanje s tujim granulatom je možno pri sušenju, pri predelavi pa je onesnaževanje prisotno, ko zamenjujemo material. To onesnaževanje je občasno in kratkotrajno. Barvne lise zaradi termičnega razkroja Previsoka temperatura taline ali predolg čas zadrževanja taline v cilindru povzroči termični razkroj barvila ali osnovnega materiala. Barvilo se razkroji in izloči tudi zaradi torne toplote, ki nastane zaradi prevelike hitrosti taline skozi ozke kanale.

N.13. LISE ZARADI STEKLENIH VLAKEN Grobi in lisasti površini sta posledici nezalitja steklenih vlaken na površini izdelka. Zaradi srebrnega videza steklenih vlaken dobi površina marogast kovinski lesk srebrne barve (Slika 3.50).

188

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Steklena vlakna na površini niso prelita zaradi različnih pojavov in motenj pri teku taline: Nizka temperatura kalupa Talina se na površini prehitro ohladi in ne more obliti vlaken, ki se dotikajo površine. Nizka temperatura taline Posledica je enaka kot pri nizki temperaturi kalupa. Premajhna hitrost brizganja Masa se prehitro ohladi. Nastanejo izrazite lise, zlasti na stiku dveh tokov. Nehomogenost taline Nehomogenost taline še poveča intenzivnost napake. Nehomogenost je posledica različne pregretosti taline vzdolž aksialne osi polža. Izboljšamo jo z zvišanjem protitlaka, zmanjšanjem števila vrtljajev polža in manjšo izrabo hoda doziranja. Če je hod doziranja prevelik, izberemo večjo enoto za plastificiranje.

Slika 3.50/64/: Groba lisasta površina srebrne barve

Krčenje Na nezalitost steklenih vlaken vpliva tudi krčenje. Steklena vlakna imajo mnogo manjši skrček kot osnovni polimer. Zato steklena vlakna na mestih večje koncentracije izstopijo iz snovi. Pri polipropilenu, ojačanem s steklenimi vlakni, izboljšamo videz površine tako, da dodamo majhno količino polipropilenskega masterbatcha enake barve, ki splava na površino in jo zgladi.

N.14. ZRNASTA POVRŠINA Zrnast videz površine povzročajo majhne jamice ali drobne grbice, ki se še poseb-

Slika 3.51/63/: Zrnasta (pikasta) površina

189

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

no dobro vidijo na gladkih naparjenih površinah (Slika 3.51). Nastanejo zaradi korozije orodja, prisotnosti vlage v granulatu v zelo majhnih količinah in drobcev, ki se zaradi elektrostatičnega naboja prilepijo na površino ulitka ali orodja. N.14.a. Zrnasta površina zaradi korozije Nekateri materiali, zlasti PVC, so zelo agresivni. Agresivna sta tudi ABS in PC, vendar veliko manj. Ti materiali razjedajo kalupno površino, tako da nastanejo majhne jamice. Ko jih masa zalije, nastanejo na ulitku majhne grbice, podobne drobnim zrncem. N.14.b. Zrnasta (pikasta) površina zaradi vlage Zrnast videz daje množica majhnih jamic na površini izdelka, ki jih povzroča že zelo majhna količina vlage v materialu. Jamice nastanejo na mestih mikroskopsko majhnih parnih mehurčkov, ki jih masa zaradi hladne površine orodja ne more iztisniti in gladko zaliti površino. Granulat moramo bolje posušiti. Zvišati moramo temperaturo orodja in taline. N.14.c. Zrnasta površina zaradi prašnih drobcev Pri predelavi krhkih materialov nastajajo pri trganju dolivkov drobci, ki se prilepijo na izdelek. Če tak izdelek naknadno lakiramo ali naparimo, postanejo ti drobci še bolj vidni. Popraviti moramo rezilni rob dolivne odprtine ter razelektriti površini kalupa in izdelka.

N.15 POLIRANA POVRŠINA BREZ LESKA V naslednjih poglavjih N.15 in N.16 pišemo o nepopolni preslikavi površine kalupa na izdelek. Določitev obdelave kalupnih površin je zelo pomemben del za opredeljevanje in naročanje orodja, saj je od načina obdelave odvisen zunanji videz izdelka. Obdelavo določajo glede na namen izdelka. Polirano površino imajo orodja izdelkov, ki morajo imeti ustrezne optične lastnosti ali pa morajo biti gladki zaradi lažjega čiščenja, kar priporočajo sanitarni predpisi za uporabo gostinskih naprav. Površina izdelkov ima lahko tudi reliefno strukturo, če je zahtevan poseben videz ali boljši oprijem. Pri brizganju se oblika strukture zrcalno prenese na izdelek. Odtis mora biti, zaradi enakomernega videza, čim bolj popoln. Slab lesk je zelo moteč pojav, če se površina mora svetiti. Sijaj površine je precej odvisen od samega termoplastičnega materiala in njegove predelave. Za doseganje sijajne površine, je potrebna homogeno pripravljena talina. Najpogostejši ukrepi za izboljšanje sijaja so zvišanje temperatur kalupa in taline, povečanje hitrosti in zvišanje tlaka brizganja, izboljšanje odzračevanja, preprečevanje hladnih spojev in ustrezno sušenje vlažnega granulata. Orodja morajo biti narejena iz specialnih jekel z dobrimi polirnimi lastnostmi. Razlikujemo grobo, zrcalno in vrhunsko poliranje. Vrhunsko poliranje je najvišja stopnja poliranja, pri kateri ni raztrosa svetlobe zaradi neželenih odbojev in jo uporabljajo za naj-

190

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

zahtevnejše optične dele. Grobo poliranje izvedejo samo do take stopnje, da je mogoče nemoteno snemanje in da je zadovoljiv videz izdelka. Vrhunsko poliranje je pogosto velik strošek zaradi izredne natančnosti, ki je nujna za tovrstno opravilo. Polirno sredstvo sta brusni papir in diamantna pasta. Če je za neprozorni izdelek zahtevana samo sijajna površina, zadostuje fino poliranje z brusnim papirjem zrnatosti P240 do P400 ali diamantna pasta zrnatosti 30 μm. Če je zahtevana vrhunsko polirana površina, je treba po finem poliranju z brusnim papirjem zrnatosti P500 polirati še s fino diamantno pasto. Za optične prozorne izdelke, ki morajo imeti visok sijaj in izjemno gladkost, izberemo primerno jeklo, namenjeno vrhunskemu poliranju. Železarna Ravne proizvaja tako imenovana EPŽ-jekla. Imeti morajo čisto, drobnozrnato strukturo brez žvepla ali z minimalno vsebnostjo žvepla. Žveplo namreč poslabšuje polirne lastnosti, dodajajo pa ga zaradi boljše mehanske obdelave jekel. Kompromis med obema zahtevama je jeklo 1.2311, za vrhunsko poliranje pa je predvideno jeklo 1.2711. Za te namene so na voljo še druga jekla za cementiranje, poboljšanje in kaljenje ter korozijsko odporna jekla.

N.16 STRUKTURIRANA POVRŠINA Z NEENAKOMERNIM LESKOM Točnost odtisa strukture je zelo odvisna od lastnosti termoplastičnega materiala (viskoznost taline), oblike izdelka (neenakomerne debeline sten, posamezne močne odebelitve), zasnove orodja in parametrov predelave. Razlogi za različne odtise strukture so predvsem nizka in neenakomerna temperatura na površini kalupne votline, prenizka temperatura taline, premajhna hitrost brizganja in neenakomeren tlak v kalupni votlini po volumetrični zapolnitvi. Glede na mesto in velikost vlivnih kanalov in vlivne odprtine lahko pričakujemo različen odtis strukture. Svetleča mesta (slab odtis) nastanejo zaradi nezadostnega tlaka in nizke temperature taline na večji oddaljenosti od vlivne odprtine. Enak videz povzroča tudi preveliko krčenje in odstopanje izdelka od površine kalupa. Matirana površina (dober odtis) nastane na območju večjih tlakov, torej v bližini vlivne odprtine in na področjih manjšega krčenja izdelka. Na neenakomernost odtisa vpliva tudi togost orodja. Če posamezne vložke, ki so vstavljeni v kalup, masa nekoliko odrine, delujejo kot vzmet in med ohlajanjem povzročajo dodaten tlak na ulitek. Na teh mestih se odtis nekoliko razlikuje od okolice in povzroča neenoten videz. Erodirana površina Če predvidijo izdelavo kalupne oblike z elektroerozijo, je narejena struktura površine lahko že dokončna in opredeljena z vrednostjo hrapavosti po standardu VDI 3400. Za izpostavljene dele je primerna hrapavost, ki ni preveč občutljiva za praske. Tej zahtevi ustreza razred hrapavosti 30-36 s hrapavostjo Ra od 3 do 6 μm. Rahlo zaobljena struktura je precej neobčutljiva za praske, pa tudi motni madež, ki se pogosto pojavi okoli vlivne odprtine, je manj viden kot pri polirani ali fino strukturirani površini.

191

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Fotojedkanje Ta način obdelave je v orodjarstvu že zelo uveljavljen. Na voljo je veliko vzorcev različnih struktur in z visoko stopnjo ponovljivosti v primeru prenove orodja. Doseganje točno določenega videza jedkane površine je pogojeno tudi z izbiro namenskih jekel, ki morajo imeti homogeno in fino strukturo, kot jo imajo na primer jekla iz skupine za poboljšanje 1.2713 in 1.2311. Če so izdelki zahtevni, morajo biti vsa gnezda narejena iz enakega materiala. Upoštevati moramo tudi enakost smeri valjanja. To je pomembno zato, da imajo vsa gnezda v orodju enak svetlobni odboj in enak videz strukturirane površine. Z naknadnim obstreljevanjem jedkane površine orodja, s kroglicami različnih trdot, dosežemo želeno stopnjo sijaja ali motnosti. S takim obstreljevanjem lahko tudi vzdržujemo čistost površine in enakost videza po dolgotrajnejši uporabi orodja.

N.17 POVRŠINA S PODOBO GRAMOFONSKE PLOŠČE Nastanek krožnih brazd je posledica naraščajočega upora pri teku mase skozi ožine kalupne votline. Masa se zaradi upora ustavlja in na zunanjem robu ohlaja. V valovih leze naprej brez pravega stika s površino orodja in v takem valovitem stanju otrdi (Slika 3.52). Ta pojav je pogost pri težko tekočih materialih, kot je na primer PC. Valovi oziroma brazde nastajajo v prečni smeri teka mase. Tako imamo pri točkovnem vlivku krožne brazde, pri filmskem vlivku pa vzporedne brazde. Na preprečevanje napake ugodno vpliva povečanje hitrosti brizganja ter zvišanje temperatur orodja in taline. Pomaga še povečanje vlivne odprtine in vlivnih kanalov. Zaradi enakih razlogov kot pri podobi gramofonske plošče nastanejo, prečno na smer teka taline, svetlo-temne lise, ki spominjajo na drevesne letnice ali na proge na tigrovi koži. Nastanejo zaradi povečanega upora pri teku taline, premajhne hitrosti ter prenizkih temperatur orodja in taline. Napako odpravljamo podobno kot pri podobi gramofonske plošče.

N.18 LUSKINASTA POVRŠINA Pri tej napaki zunanja plast taline ob dotiku s hladno površino kalupa takoj otrdi, nova hitro tekoča in vroča talina pa to plast razkraja in cefra. Do te napake pride zaradi zelo nizke temperature kalupa, visoke temperature taline in velike hitrosti brizganja. Če je granulat premalo suh, je pojav še očitnejši.

192

Slika 3.52/64/: Podoba gramofonske plošče

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

N.19. PENTLJE ZA OSTRIMI ROBOVI Za ostrimi robovi na stopničastih prehodih in poglobitvah, kot so vgravirane oznake in napisi, pogosto nastanejo različne črtice v obliki kljukic, noskov, črke U in pentelj. Čelo taline naredi preskok čez oster rob in pod seboj zajame zrak. Oblikuje se zračni mehurček, ki se pod vplivom tlaka in toka taline razpotegne v kljukico, pentljo ali črko U (Slika 3.53). Napaka se lahko pojavi tudi pri zelo plitvih gravurah.

Slika 3.53/63/ : Pentlje za vgraviranimi oznakami

ulivno meso

Težavo odpravimo z rahlo zaokrožitvijo robov napisa. Globina napisa naj bo čim manjša. Priporočljivo je, da na mestu napisov upočasnimo hitrost čela taline. Na ostrih stopničastih prehodih (Slika 3.54) se čelo taline zasuče in zajame zrak. Zajet zračni mehurček se enako kot v primeru napisov razpotegne v različno oblikovane pentlje. Tudi v tem primeru težavo odpravimo z zaokrožitvijo robov, manjšo hitrostjo čela taline in višjo temperaturo kalupa. V skrajnem primeru v orodje vgradimo vakuumsko črpalko za odzračevanje kalupne votline.

pentlje

Slika 3.54/63/: Pentlje za stopničastimi prehodi

N.20. LUŠČENJE POVRŠINE Če se dva nekompatibilna materiala med seboj pomešata, se v raztaljenem stanju ne zlijeta skupaj. Izdelek, ulit iz take mase, je večplasten in se v plasteh lušči. Luščenje je najbolj izrazito pri dolivku, saj so pri vbrizgavanju strižne napetosti tu največje. Ukrep je samo eden. Preprečiti moramo mešanje z nekompatibilnim materialom ali barvilom.

N.21. SPREMENJENA BARVA IZDELKA Barva izdelka je enakomerna, vendar temnejša, kot bi morala biti. Napaka je zlasti opazna pri svetlejših barvah, nastane pa zaradi neprimerne priprave in predelave materiala. Kriva sta predolgo sušenje in previsoka temperatura sušenja. Še posebno so občutljivi poliamidni materiali, ki zaradi previsoke temperature ob prisotnosti kisika iz zraka oksidirajo.

193

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Mejna temperatura sušenja PA6 je 80 °C, za ostale vrste poliamidov pa 90 °C. Za sušenje poliamidov pri višjih temperaturah uporabljajo vakuumske sušilne peči. Pri predelavi moramo biti pozorni na čas zadrževanja taline v stroju in temperaturo taline. Talina se ne sme preveč pregreti. Glede na to izberemo tako velikost stroja, pri kateri je razmerje med dozirnim hodom in premerom polža od 1 do 3. Čas zadrževanja taline v stroju je lahko približno 5 minut.

N.22. ULITEK SE LEPI NA KALUP Ulitek se lepi na kalupne površine zaradi ekstremne pregretosti posameznih delov kalupa ali zaradi materiala, ker ima slabe drsne lastnosti. Pregrevanje nastaja zlasti pri dolgih, tenkih in slabo hlajenih pestičih. Masa se na stiku s takimi pestiči ne ohladi dovolj, tako da pestič pri snemanju izdelka posmuka luknjo, ki jo pestič oblikuje. Težavo rešimo tako, da pestič naredimo iz materiala, ki je dober prevodnik toplote (berilijev bron), ali če v pestič vgradimo toplotno prevodno jedro. Če se ulitek kljub dobremu hlajenju lepi, moramo preveriti lastnosti materiala. Nekateri materiali (na primer PEC) so poznani po neugodnih lastnostih snemanja iz orodja. Za te materiale morajo biti snemalni koti večji kot pri ostalih. Lahko uporabimo dodatke za boljše ločevanje, vendar so ti dodatki lahko moteči pri morebitnih naslednjih postopkih površinske obdelave izdelka.

N.23 STOŽČASTI DOLIVEK NIMA PRAVILNEGA STRŽENA Ko preučujemo napake na izdelku, ne smemo spregledati napak na dolivku, ki pogosto razkrivajo vzrok za slab izdelek. Zato si pri odpravljanju napake vedno oglejmo tudi pripadajoči dolivek. Najpogostejša znamenja neustreznega dolivka in posledično slabega izdelka so stržen z dolgo nitko na stožcu dolivka, stožec brez stržena in scefran odrez na točkovnem ali tunelskem ustju. Na Sliki 3.55 so prikazani trije primeri videza stožčastega dolivka. N.23.a Stožec dolivka ima dolgo nitko Pri nekaterih materialih je nastanek nitke bolj, pri drugih pa manj pogost. Dolga nitka je moteča napaka, zlasti pri drobnih izdelkih in pri delu z manipulatorjem. Lahko zaide tudi v kalupno votlino in pokvari izdelek. Na nastanek nitke ima velik vpliv temperatura šobe stroja, napako pa odpravimo tako, da znižamo temperaturo šobe stroja, zmanjšamo protitlak, povečamo

194

Slika 3.55/63/: a). stožec s strženom in z nitko, b). stožec brez stržena, c). stožec s strženom

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

dekompresijo in nastavimo zakasnitev odmika šobe stroja. Da bi se izognili nitki, imajo toplokanalne šobe za polipropilen rahlo zaokroženo konico. N.23.b Stožec nima stržena Pri vlečenju dolivka iz dolivne puše (šobe orodja) se pogosto hladni stožec dolivka loči od vroče mase v šobi stroja ravno na stični površini obeh šob. Pri tem ostane delno ohlajen stržen v šobi stroja in pri naslednjem brizgu deluje kot čep, ki ovira polnjenje kalupa. Čep lahko kot hladna kaplja zaide v kalupno votlino in onesnaži površino izdelka. Težavo lahko odpravimo tako, da zvišamo temperaturo šobe stroja. Pri tem pazimo, da zaradi višje temperature ne nastane nitka, ali da masa ne prične iztekati iz šobe stroja (glejte napako N.27).

b a d ø4

Slika 3.56/67/: Shema delnega toplokanalnega orodja

N.23.c Stožci so različni (pri delnih toplokanalnih orodjih) Ta pojav je zelo pogost in zelo moteč. Prisoten je pri večgnezdnih orodjih s toplokanalnim razvodom, ki se nadaljuje s hladnokanalnim razvodom s stožčastimi dolivki. Izvedba takega sestavljenega dolivnega sistema je shematsko prikazana na Sliki 3.56. Pomembno je, da imajo pri takih orodjih vsi stožci enak stržen, kar dokazuje, da so pogoji ogrevanja orodja in teka taline v toplokanalnih šobah enaki. Če so nekatera gnezda premalo napolnjena, nekatera pa preveč, najprej pogledamo, kakšen je dolivek. Če imajo nekateri stožci na vrhu gladek rez (Slika 3.55-1b), drugi pa običajen stržen, pomeni, da je ogrevanje šob različno in so zato pogoji polnjenja različni. V primeru na Sliki 3.55-1b stržen ostaja v toplokanalni šobi in pri naslednjem brizgu ovira polnjenje gnezda. Pogoje ogrevanja moramo izenačiti, za kar potrebujemo natančne namenske regulatorje temperatur.

N.24 STOŽČASTI DOLIVEK OSTAJA V DOLIVNI PUŠI (šobi orodja) Proizvajalci termoplastičnih mas in strojev za brizganje posredujejo veliko priporočil za preprečevanje ostajanja dolivka v dolivni puši. Osnovna pravila so naslednja: -

Polmer šobe orodja mora biti za 0,5 do 1 milimeter večji od polmera šobe stroja. Luknja v šobi orodja mora biti za 0,5 milimetra večja od luknje v šobi stroja. Nagib luknje je od 1 do 2 stopinji in je odvisen od termoplastičnega materiala. Luknja v šobi mora biti gladka in vzdolžno polirana. Rob luknje mora biti nepoškodovan.

195

3 -

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Naknadni tlak in čas naknadnega tlaka ne smeta biti prevelika. Spodnji del stožca, ki ima nalogo, da potegne dolivek iz šobe, ne sme biti oslabljen ali pregret, da se ne odtrga.

Pri delnih toplokanalnih sistemih (Slika 3.56) stožčasti dolivek pogosto ostaja v šobi orodja. Po izvleku dolivka lahko topla masa iz toplokanalne šobe orodja odteka v luknjo hladnokanalne šobe orodja in nastane strdek. Pri brizganju se strdek nabije na steno šobe in preprečuje izvlek. To napako odpravimo tako, da znižamo temperaturo vročekanalnega razvoda, ali nastavimo primerno dekompresijo in s tem znižamo tlak v talini.

N.25 TUNELSKI DOLIVEK SE LOMI IN MAŠI USTJE Tunelski dolivek je zelo podvržen lomu, zlasti če je material, ki ga predelujemo, krhek Tunelsko ustje mora biti gladko, brez prečnih risov, dolivna odprtina pa ostra, da se dolivek gladko odtrga. Dolivni kanal mora imeti zajetje za hladno talino in strdke. Če pride hladna kaplja taline v ustje, je na tem mestu dolivek nehomogen in krhek, kar tudi pripomore, da se dolivek pri izvleku na tem mestu odlomi. Odkrušek lahko pri naslednjem vbrizgu mase ovira polnjenje in dobimo okvarjen izdelek.

N.26 IZDELEK OSTAJA V OBLIKOVNI PLOŠČI Izdelek naj bi predvidoma po odprtju orodja ostal na premični strani stroja, kjer so nameščena izmetala. Na tej strani je običajno tudi oblikovni trn, na katerega se izdelek pri krčenju oprime. Ta oprijem je običajno dovolj močan, da oblikovni trn potegne izdelek iz oblikovne plošče, ki je običajno na mirujoči strani stroja. Če pa izdelek ostaja na mirujoči strani, ki nima izmetal, ukrepamo na naslednji način: - Zagotovljena morata biti ločena sistema ogrevanja mirujoče in premične strani orodja. - Temperaturo oblikovnega trna na premični strani nastavimo precej nižje, kot je temperatura mirujoče strani, da se izdelek bolje oprime trna. Če to ni izvedljivo, s plitvimi zarezami primoramo izdelek, da ostane na trnu.

N.27 MASA IZTEKA IZ ODPRTE ŠOBE Odprta šoba je z reološkega vidika najbolj primerna, ker nudi toku taline najmanjši upor. Pomanjkljivost te šobe pa je, da se težko prepreči iztekanje vroče taline, ko je šoba stroja odmaknjena od šobe orodja. Za preprečitev iztekanja mase ima stroj nekaj programskih možnosti, ki jih moramo optimalno nastaviti. Te so: - Zniževanje temperature šobe, dokler se ne pojavijo znaki zamrznitve. - Polž nazaj (dekompresija) pred doziranjem. Ta program uporabimo pri toplokanalnih orodjih z odprtimi toplokanalnimi šobami. Z dekompresijo zmanjšamo zaostali tlak v talini in preprečimo iztekanje mase iz šob.

196

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Polž nazaj po doziranju. To programsko možnost uporabimo pri hladnokanalnih orodjih. Šoba stroja leži med doziranjem na šobi orodja in masa ne more iztekati. Ko šobo stroja po doziranju odmaknemo od šobe orodja, vklopimo dekompresijo, da zmanjšamo tlak taline v napolnjenem cilindru. Hod polža nazaj se nastavi v velikosti 2 do 5 mm. Prevelik ne sme biti, da ne bi prišlo do podtlaka in mehurjenja taline. Hitrost dekompresije naj bo zmerna zaradi istih razlogov.

N.28 POLŽ SE MED DOZIRANJEM NE POMIKA NAZAJ Pri pomikanju polža nazaj med doziranjem nastajajo v praksi različne motnje. Najpogostejša je ta, da se polž po nekem času začne počasneje pomikati nazaj. Kmalu za tem se na izdelku pojavijo črni oblaki kot posledica pregretja mase zaradi daljših časov doziranja in celotnega ciklusa. Delo moramo prekiniti, izbrizgati pregreto maso na prosto in nadaljevati z delom.

N.29 BLAZINICA NI KONSTANTNA Pogoj za stabilen proces in zanesljivo kakovost izdelkov je, da je blazinica vedno enaka. Z vplivnimi parametri (P.7, P.19, P.21, P.24, P.52, P.54 in nekateri drugi) moramo doseči, da je hod polža strogo nadzorovan brez sunka nazaj v trenutku preklopa na naknadni tlak.

NAPAKE N.31 do N.35 V poglavju o skupini napak z zaporednimi številkami od N.31 do N.35 bomo pisali o napakah na izdelku, ki tudi nastanejo zaradi procesnih motenj pri predelavi, vendar so razen zvijanja očem prikrite. Izrazijo se kot pomanjkljiva struktura polimera, ki nastane zaradi naslednjih prikritih pojavov: -

razcep makromolekul zaradi termične, oksidacijske, hidrolizne in mehanske razgradnje, cefranje ojačitvenih vlaken zaradi neugodnih reoloških pogojev pri tečenju taline po kanalih v orodju in stroju, ter pri regeneraciji (mletje in granuliranje) materiala, anizotropnost lastnosti materiala (v različnih smereh različne lastnosti) kot posledica neželene orientiranosti makromolekul in ojačitvenih vlaken, nepopolna kristalizacija in nehomogena sferolitna struktura pri delnokristaliničnih materialih zaradi neprimernih nastavitvenih parametrov predelave, notranje napetosti zaradi neenakomernega hlajenja in krčenja izdelka, nehomogenost materiala in nižja gostota zaradi nezadostne napolnjenosti (mikro porozna struktura, vključki zraka, vakuumski mehurčki) ter nehomogenosti taline (neenakomerna temperatura, neenakomerna sestava dodanih snovi).

197

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Vsi ti pojavi povzročajo poslabšanje mehanskih lastnosti izdelka in merska odstopanja zaradi nepredvidljivega krčenja in zvijanja. Če k tem pojavom prištejemo še vse nepravilnosti, ki so bile omenjene pri napakah N.04 in N.05 (odlomljenost, počenost, krhkost, podrsani robovi, stične črte) vidimo, da je število napak, ki vplivajo na mehanske lastnosti in merska odstopanja, zelo veliko. Nekatere od naštetih pojavov (notranje napetosti) lahko omilimo z naknadno termično obdelavo tempranjem (relaksacijo), nekaterih drugih (orientiranost) pa s tako obdelavo ne moremo odpraviti. Teh motečih pojavov je veliko manj, če dosledno upoštevamo priporočila proizvajalcev materialov in strojev za pravilno pripravo materiala orodja in stroja za proizvodno delo. Osnova nemotenega proizvodnega procesa je dober izdelek, ki mora biti tako kot orodje skonstruiran v skladu z značilnostmi materiala in tehnološkega postopka. V skupino napak od N.31 do N.35 so uvrščene naslednje napake: - N.31 neustrezne mehanske lastnosti - N.32 merska odstopanja (velikost in zvijanje) - N.33 neustrezna kristaliničnost - N.34 neželena molekularna orientiranost - N.35 notranje napetosti

N.31 NEUSTREZNE MEHANSKE LASTNOSTI Neustrezne mehanske lastnosti so posledica nepravilno oblikovanega izdelka, neprimerne konstrukcije orodja, zlasti temperirnega in dolivnega sistema, ter neprimernih procesnih parametrov izdelave izdelka. Spremljajoči pojavi takih izhodiščnih vplivov so strukturna nehomogenost, orientiranost, nepopolna kristalizacija ter notranje napetosti v izdelku. Ti pojavi zelo povečajo občutljivost mehansko obremenjenega izdelka za lom. Zato že pri samem brizganju s hitrimi in enostavnimi načini mehanskega obremenjevanja, ki so podobni obremenitvam pri uporabi izdelka, preizkusimo njegovo primernost. Če izdelek ne zdrži preizkusa, poiščemo vzrok za lom in korigiramo proces. Pri utečenih procesih je manj mehanskih preizkušanj. Pri uvajanju novega izdelka v proizvodnjo se odpravijo pomanjkljivosti na izdelku in optimirajo parametri predelave. Od tega trenutka se lahko na modernih strojih izvaja statistični nadzor procesnih parametrov, ki zagotavlja vzdrževanje kakovosti izdelka na predpisani ravni. Izdelke preizkusimo na lom glede na njihovo obliko in namen uporabe. Zabojnik za steklenice se na primer preizkusi tako, da napolnjenega spustijo z neke višine - pri padcu ne sme počiti. Zaskočni obroč preizkusijo tako, da v njegov notranji premer potisnejo prebijalo, z nekoliko večjo mero. Obroč pri tem preizkusu ne sme počiti. Vzroki možnega poka so lahko hladni spoj na obodu obroča, porozna struktura zaradi neprimernih pogojev brizganja in drugi.

198

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Za hitro, enostavno in ceneno ugotavljanje mehanskih lastnosti je uporaben test zvijanja z vijačnim primežem. Stopnja zvitosti pred pokom je pokazatelj žilavosti preizkušanca. Taki preprosti preizkusi imajo omejeno uporabnost. Smiselno je narediti primerno, enostavno preizkusno orodje z zagotovljeno ponovljivostjo preizkušanja žilavosti v naslednjih primerih: -

Preizkušanje izdelkov iz PBT, ki so krhki, če je temperatura taline pri predelavi previsoka, na površini izdelka pa ni vidnih znamenj neustrezne predelave. To je značilno za PBT, ki se na enak način odziva tudi v primeru predelave vlažnega materiala.

Preizkušanje izdelkov iz PC z dodanim barvilom ob predelavi. Če se barvilo ne ujema z osnovnim materialom, je izdelek krhek, kar se s preizkusom žilavosti hitro ugotovi.

Pri uporabi mletih materialov je potreben poostren nadzor ustreznosti izdelkov. Lahko se zgodi, da se zaradi podobnosti zmešata dva, med seboj nekompatibilna materiala. Preizkus žilavosti izdelka, narejenega iz takega materiala, nas opozori na veliko krhkost in možnost napake v pripravi materiala.

Mehanski preizkusi se lahko opravijo takoj po ohladitvi izdelka, vendar imajo samo informativen pomen. Ustreznejše je, če preizkus opravimo 24 ur po izdelavi izdelka. Mehanski preizkusi so hitri, enostavni in zato zelo primerni. Opozorijo na nepravilnosti v tehnološkem postopku, vselej pa ne pokažejo, kaj je povzročilo težavo. Zato je potrebno opraviti še druge preizkuse, kot so ugotavljanje gostote, orientiranosti, kristaliničnosti in prisotnosti notranjih napetosti (o tem bomo pisali v naslednjih poglavjih).

N.32 MERSKA ODSTOPANJA ZARADI NEPREDVIDLJIVEGA KRČENJA IN ZVIJANJA Določanje skrčka in možnega zvijanja spada med najtežje naloge pri konstruiranju in izdelavi orodja (glejte poglavje 1.3.1.2 o določanju vzdolžnega in prečnega skrčka po standardu ISO 294). Dobljene vrednosti se nanašajo na laboratorijske predelovalne pogoje in služijo zgolj za primerjavo krčenja različnih materialov pri točno določenih pogojih predelave. Skrček in zvijanje pa nista odvisna samo od vrste materiala, ampak tudi od drugih vplivov kot so realni pogoji predelave, geometrija izdelka, debelina in enakomernost sten, konstrukcija orodja, temperirni sistem orodja ter mesto in oblika dolivne odprtine, od česar sta odvisni smer tečenja taline in orientiranost. Ti vplivi so odločilni za velikost skrčka, kot tudi za pojav zvijanja zlasti pri anizotropnih materialih. Osnova nemotenega procesa sta torej dober izdelek in orodje, ki morata biti skonstruirana v skladu z značilnostmi pravilno izbranega materiala in tehnološkega postopka, da se izognemo nepredvidljivim merskim odstopanjem. Informacije o teh značilnostih dobivamo pri do-

199

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

baviteljih materialov in strojev. Pri tem se moramo zavedati, da teh informacij ne smemo posploševati, če veljajo samo za nek tip materiala. Še posebno moramo biti previdni, če želimo uporabiti podatke o krčenju nekega materiala za druge podobne materiale. Že majhna razlika v količini dodanih snovi precej spremeni vrednosti krčenja v vzdolžni in prečni smeri. Zato za krčenje ni enotnega pravila. Za neke materiale velja, da se v vzdolžni smeri krčijo bolj, kot v prečni, za druge pa velja ravno obratno. To dokazuje tudi raziskava opisana v članku /68/ Voraussagbares Schrumpf-und Verzugsverhalten bei verstärkten und gefülten Thermoplasten, Plastverarbeiter 1979/11 s pripadajočimi Slikama 3.57 in 3.58 ter Preglednico 3.2.

a) Vpliv materiala na krčenje in zvijanje

v�dol��i skr�ek 1,5

O 100

dolivek

pre��i skr�ek

Slika 3.57/68/: Epruveta iz POM za meritev skrčkov in zvijanja

Slika 3.58 prikazuje diagram skrčkov v obeh smereh v odvisnosti od količine steklenih vlaken. Zvijanje ploščice je najmanjše pri enakih skrčkih v vzdolžni in prečni smeri. Tako je v presečišču obeh krivulj pri 8-odstotni količini steklenih vlaken. Skrček v vzdolžni smeri je v območju do 8-odstotkov steklenih vlaken večji od prečnega, od 8-odstotkov naprej pa je obratno; skrček v vzdolžni

200

s�r�� %�

Slika 3.57 prikazuje okroglo epruveto za meritev skrčkov premera D je 100 mm in debeline 1,5 mm iz POM z dodanimi različnimi količinami steklenih vlaken. Spremljajoči pojav pri krčenju je tudi zvijanje, zlasti pri materialih s steklenimi vlakni. Zato so istočasno merili tudi zvijanje izraženo s količnikom 2,2 A/D. 2,0 POM 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0

pr�� s�r��

�� s�r�� 0

% GF

Slika 3.58/68/: Vzdolžni in prečni skrček ploščice iz POM v odvisnosti od količine steklenih vlaken

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Preglednica 3.2/68/: Prikaz skrčkov in pripadajočih količnikov zvijanja ploščice iz POM iz različno ojačanih materialov Količnik zvijanja ploščice Φ 100 x 1,5 mm (POM) steklena vzdolžni prečni razlika količnik vlakna % skrček % skrček % skrčkov % zvijanja A/D 0 2,0 1,60 –0,40 0,075 5 1,5 1,10 –0,40 0,060 10 1,1 1,25 0,15 0,030 20 0,6 1,50 0,90 0,270 30 0,4 1,50 1,10 0,300

smeri je manjši od prečnega. Podobno lastnost imajo vsi delnokristalinični materiali. Ta raziskava nazorno kaže, kakšen material moramo izbrati, da bo krčenje v obe smeri enako in da bo s tem tudi zvijanje najmanjše. Pri tem ne smemo zanemariti mehanskih lastnosti materiala, ki so odvisne od količine dodanih steklenih vlaken. Preglednica 3.2 prikazuje vrednosti skrčkov v vzdolžni in prečni smeri in pripadajoče količnike zvijanja A/D.

pr��kr��k

��kr��k Slika 3.59/7/: Krčenje anizotropnih materialov pri brizganju s strani

Orientiranost makromolekul in polnil precej vpliva na krčenje in zvijanje. Molekule se usmerjajo v smer tečenja. Pri anizotropnih delnokristaliničnih neojačanih termoplastih je skrček v smeri tečenja običajno večji od prečnega skrčka. Pri ojačanih delnokristaliničnih materialih je ravno obratno. Skrček v smeri tečenja je običajno manjši od prečnega skrčka (Slika 3.59). Slika 3.60/21/: Zvijanje zaradi manjšega Zaradi teh razlik izdelujejo rotacijsko sime- prečnega skrčka trične izdelke z večjimi merskimi zahtevami, in sicer z rotacijsko simetričnim polnjenjem s centralnim dolivkom in ne s stranskim dolivkom, kot je prikazano na Sliki 3.59. Naslednja dva primera pojasnjujeta zvijanje izdelka zaradi različnih skrčkov v vzdolžni in prečni smeri. Na Sliki 3.60 je okrogla ploščica iz PE. Dolivek je v sredini ploščice. V predstavljenem primeru ima PE vzdolžni skrček večji od prečnega. Obod ne sledi radialnemu krčenju. Na obodu nastaja višek materiala in okrogla ploščica se zvije v propeler.

201

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Zvijanje je večje pri visokoviskoznih materialih. Če zvijanje zaradi ojačitve oboda ni mogoče, ostanejo v izdelku (zlasti iz visokokristaliničnih materialov) velike notranje napetosti, ki povzročijo radialno usmerjene napetostne razpoke. Na Sliki 3.61 je prikazana okrogla ploščica iz ojačanega amorfnega termoplasta z vzdolžnim skrčkom 0,3% in prečnim skrčkom 0,5%. Ploščica se po obodu skrči bolj kot v radialni smeri, tako da se skrivi v obliki stožca (kitajskega klobuka). Deformacijo še poveča razlika tlakov na obodu in v sredini ploščice. Zaradi manjšega tlaka na obodu je krčenje oboda še večje. Okroglo ploščo lahko naredijo tudi ravno, če je iz izotropnega amorfnega materiala, in pri veliki hitrosti brizganja brez naknadnega tlaka. b) Vpliv konstrukcije orodja na krčenje in zvijanje Posamezni sistemi orodja, še posebno sistem temperiranja in dolivni sistem, zelo vplivajo na krčenje in zvijanje, Sistem temperiranja mora zagotavljati čim bolj enakomerno temperaturo po celi površini kalupne votline. Delovanje sistema je zelo odvisno od pravilne izvedbe, razvrstitve, oblike in velikosti temperirnih kanalov. Če izvedba temperiranja ne zagotavlja enakomernih temperatur, je zelo mogoče, da se bo izdelek zvil. Slika 3.62 prikazuje vpliv različnih temperatur na zvijanje ravne plošče. Ploščica je brizgana s filmskim dolivkom v smeri puščice. Pri enakih temperaturah ostane ploščica ravna, pri različnih temperaturah pa se jedro taline pomakne proti toplejši površini. Ker se toplejša stran pozneje ohladi, se krči dalj časa. Zaradi eno-

202

200 bar 400 bar 0,5 %

600 bar 0,3 %

GF - Orientiranost

Slika 3.61/33/: Zvijanje zaradi večjega prečnega skrčka

60°C

30°C

90°C

Razstaljeno jedro izdelka Slika 3.62/33/: Vpliv neenakih temperatur na zvijanje plošče

Slika 3.63/33/: Zvijanje vogalne stene

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

stranskega krčenja se ploščica usloči. Splošno pravilo je, da se počasi hlajena stran močneje zvije kot hitro hlajena. To velja tudi pri izdelavi škatlastih izdelkov, okvirjev, kotnikov in zaskočk (Slike 63, 64, 65 in 66). Notranja stran vogala je slabo hlajena. Zaradi vroče notranje stene se jedro taline pomakne proti vroči notranji steni vogala. Notranja stena se hladi počasneje in krči dalj časa, zato zakrivi celo steno navznoter v smeri puščice (Slika 3.63). Kako rešiti težavo, je prikazano na Sliki 3.64. Vogal izdelka z notranje strani oslabimo za polovico debeline stene. S tem zmanjšamo količino toplote dovedene z vbrizgano maso, istočasno pa z večjo površino orodja izboljšamo prestop in odvod toplote.

Slika 3.64/33/: Ukrep za preprečitev zvijanja

Rešitev težave je tudi, da hladilni kanal čim bolj približamo notranji steni vogala in tako izboljšamo hlajenje kritičnega mesta (Slika 3.65). Pri zaskočkah je podobna težava, kot pri vogalih. Tudi pri njih se notranji del zaskočnega jezička pregreva, kot alfa (α) se skrči, tako da zaskočni jeziček ne more opravljati svoje naloge. Rešitev težave je, da se predvideni odklon upošteva še pred izdelavo orodja, lahko pa se notranji del vložka naredi iz berilijevega brona, kar izboljša hlajenje. Pri orodju sta poleg temperiranja pomembna tudi dolivni sistem in mesto dolivanja, ki pogojuje orientiranost in zvijanje, kar prikazujejo primeri na Slikah 57, 58, 59, 60 in 61.

Slika 3.65/25/: Intenzivnejše hlajenje notranje stene (vir: EMS-Chemie, 1997)

Slika 3.66/63/: Detajl zaskočke

203

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

c) Vpliv geometrije izdelka na krčenje in zvijanje Oblika izdelka izhaja iz njegovih uporabnih zahtev, prilagojena pa mora biti tudi specifičnim zahtevam predelave izbranega materiala, da ne bi prihajalo do zvijanja in drugih napak. Zvijanje lahko preprečimo s povečanjem togosti izdelka. Na Sliki 3.67 je prikazano, kako se s primernimi ojačitvenimi rebri poveča togost in prepreči zvijanje, Slika 3.68 pa prikazuje možnost povečanja togosti z izbočenimi stranicami, ki tudi preprečujejo zvijanje. Zvijanje je lahko tudi posledica različnih debelin sten Debelejše stene se krčijo bolj kot tanjše, zato se tanjše stene zvijejo (Slika 3.69.

Slika 3.67/69/: Preprečitev zvijanja s primernimi rebri

Slika 3.68/69/: Preprečitev zvijanja z izbočenimi stranicami

d) Vpliv predelovalnih pogojev na krčenje in zvijanje Poleg pravilno skonstruiranih izdelkov in orodij so pomembni tudi stroj za brizganje in druge naprave, ki morajo zagotavljati stabilen proizvodni proces. Prevroča ali Slika 3.69/69: Zvijanje zaradi različnih prehladna talina in orodje, prenizek ali predebelin visok naknadni tlak brizganja, premajhna ali prevelika hitrost brizganja, prekratek čas hlajenja, nihanje vrednosti nastavljenih parametrov, vse to vpliva na strukturo materiala, pojav napetosti, orientiranost, na zvijanje in nepredvidljivo krčenje. Parametri na stroju morajo biti nastavljeni tako, da so v okviru priporočil proizvajalca materiala, hkrati pa morajo biti usklajeni tako, da dobimo optimalen izdelek in optimalne pogoje dela.

N.33 NEUSTREZNA KRISTALINIČNOST Napake pri brizganju, kot so merska nestabilnost, zvijanje in slabe fizikalne lastnosti, so povezane tudi s procesom kristalizacije delnokristaliničnih polimerov, ki je njihova strukturna značilnost.

204

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Termoplastični polimeri tvorijo, glede na obliko makromolekul in medmolekularne sile, bodisi amorfno bodisi delnokristalinično strukturo. Glede na to ločimo amorfne termoplaste, ki ne morejo tvoriti kristalinične strukture, in delnokristalinične termoplaste, ki lahko tvorijo kristalinično strukturo. Amorfni termoplasti se imenujejo po njihovi amorfni (neurejeni) strukturi. Imajo dolge in močno razvejane makromolekule z zelo nesimetričnimi stranskimi skupinami, ki se pri ohlajanju taline med seboj prepletajo in tvorijo neurejen klopčič. Te prepletene makromolekule so precej razmaknjene ena od druge, saj jim razvejanost onemogoča zbliževanje in tvorbo kristalinične strukture. Taki polimeri so na primer PMMA, PS, PC in drugi. Pri delnokristaliničnih termoplastih, ki imajo simetrično zgradbo makromolekul, je možnost urejene kristalizacije pri ohlajanju taline zelo velika, ni pa mogoča 100 odstotna kristaliziranost. Zato se ti polimeri imenujejo delnokristalinični polimeri. Zaradi medsebojne bližine nitastih makromolekul so sekundarne medmolekulske sile velike, kar povečuje težnjo po zbliževanju makromolekul in tvorjenju kristalinične strukture. Pri tem se skupki makromolekul na posameznih delih paralelno združujejo in tvorijo kristalinična področja. Na drugih delih istih makromolekul se tvorijo neurejene-amorfne strukture. Taki materiali so koščeno trdi in žilavi. Delež kristalnega dela pri delnokristaliničnih materialih kot so PE, PA, PBT, POM, je zelo odvisen od razvejanosti makromolekul in je opredeljen kot stopnja kristaliničnosti, ki je pri lahko kristalizirajočih polimerih od 60 do 80 odstotna. Na primeru PE lahko nazorno prikažemo medsebojno odvisnost razvejanosti makromolekul, gostote materiala ter stopnje kristaliničnosti. Čim bolj je linearen, kar pomeni nerazčlenjen in izotaktičen, večja je njegova zmožnost tvorbe kristalinične strukture, kar je razvidno iz primerov pri PE-LD in PE-HD: PE-LD: γ = 0,914 do 0,940 g/cm3, stopnja kristaliničnosti je 35 do 55%. PE-HD: γ = 0,940 do 0,960 g/cm3, stopnja kristaliničnosti je 60 do 80%. Te zakonitosti, ki veljajo za poliolefine, veljajo tudi za ostale delnokristalinične materiale. Značilne stopnje kristaliničnosti nekaterih drugih polimerov so naslednje: Material: Stopnja kristaliničnosti /%/:

POM 70

PP 50-60

PET 30-40

PA6 10-60

Poleg oblike makromolekul je pri delnokristaliničnih materialih pomembno tudi, kako poteka kristalizacija pri ohlajanju mase v orodju. Od tega je odvisno, kakšen skrček in kakšne mehanske lastnosti bo imel izdelek. Čim večja je gibljivost molekul (zaradi višje temperature orodja) in čim daljši je čas ohlajanja taline, višjo stopnjo kristaliničnosti in urejenosti dobimo. S tem se veča gostota, vendar tudi primarni skrček. Pri optimalni

205

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

stopnji kristalizacije in molekularne ureditve je delovanje fizikalnih veznih sil optimalno. Makromolekule se pri pričakovani temperaturi topljenja kristalov razvežejo šele ob veliki dovedeni energiji (toploti). Viša se tudi temperatura taljenja polimera. Pri delnokristaliničnih materialih zasledimo pojav anizotropnosti, kar pomeni, da so fizikalne lastnosti v različnih smereh različne. To izhaja iz morfološke (oblikovne) strukture, ki je vedno nekoliko nehomogena zaradi nehomogene tvorbe kristalitov glede na število, obliko, velikost, porazdelitev in orientiranost. Ta nehomogenost je posledica različnega ohlajanja in različne temperature mase med procesom predelave. Tudi ostali pogoji brizganja (hitrost in tlak) imajo velik vpliv na oblikovanje strukture in na lastnosti polimera. Kristalizacija: Kristalizacija delnokristaliničnih polimerov se začne z nastankom kristalnih zarodkov pri ohlajanju taline. Zarodki se razraščajo v lamele sestavljene iz snopičev vijugasto oblikovanih makromolekul. Lamele se povezujejo med seboj s konci makromolekul in tvorijo kristale največkrat zvezdaste oblike, imenovane sferoliti (Slika 3.70), ki so sestavljeni iz kristaliničnega in amorfnega dela. Tudi kristali se med seboj čvrsto povezujejo, vendar so toplotno reverzibilni (razdružljivi).

sferolitna struktura

lamela

sferolit Slika 3.70/22/: Sferolitna struktura

Pri visoki temperaturi orodja je kristalizacija upočasnjena. Tvorijo se debele stabilne lamele in veliki sferoliti, ki so zaradi počasnega ohlajanja jedra taline največji v sredini ulitka. V vrhnji plasti je struktura finejša, čisto na površini v neposrednem stiku s površino kalupa pa sferolitov skoraj ni zaznati, ker talina takoj zamrzne in je razvoj sferolitov onemogočen. Tako nastanejo v enem kosu različne nehomogene kristalne strukture, še zlasti če so pogoji hlajenja različni. Nedokončana kristalinična struktura (zlasti na površini) pomeni n.pr. pri POM zmanjšanje trdote in drsnih sposobnosti. Kristalizacija poteka v treh stopnjah: - tvorba kristalnih zarodkov - večanje kristalov (primarna kristalizacija) - naknadna (sekundarna) kristalizacija Kristalni zarodek se veča toliko časa, dokler ne trči na sosednje sferolite. S tem je primarna kristalizacija končana. Krčenje med primarno kristalizacijo zaradi ohlajanja taline izravnavamo s pravilno izbiro hitrosti polnjenja kalupa pod naknadnim tlakom in hlajenja.

206

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Če je zamrznjeno stanje tako, da so makromolekule večinoma nepovezane in neurejene, govorimo o nepopolni kristalizaciji. Sčasoma pride do naknadne kristalizacije, pri kateri amorfni (neurejeni) del kristalita naknadno kristalizira. Posledica nove ureditve sta manjši izdelek zaradi naknadnega krčenja in moteče odstopanje od prvotnih mer. Lahko se pojavi tudi zvitost izdelka. Naknadni skrček je tem večji, čim nižja je bila temperatura kalupa. Želja vsakega brizgalca je, da dobi celoten skrček že takoj po brizganju. Na primer pri POM se to doseže z zelo visoko temperaturo kalupa do 120 °C. Pri tej temperaturi naknadnega skrčka praktično ni, imamo pa povečan takojšnji primarni skrček. Stopnjo kristaliničnosti ugotavljamo z analizo DSC pri konstantni spremembi temperature, lahko pa tudi na podlagi izmerjene gostote polimera. Pomembna je tudi hitrost hlajenja. Pri veliki hitrosti hlajenja se začne kristalizacija pri nižji temperaturi, posledica česar je tvorba velikega števila zarodkov in sferolitov fine strukture.Pri manjši hitrosti hlajenja (višja temperatura) se tvori manj zarodkov, okoli katerih nastajajo veliki sferoliti. Ponavadi želimo doseči fino strukturo in visoko stopnjo kristaliničnosti,kar ni vedno mogoče samo s parametri, posebno ne pri materialih, ki počasi kristalizirajo, na primer PP. Tudi parametri so včasih nasprotujoči si, saj višjo stopnjo kristaliničnosti dosežemo s počasnim ohlajanjem in visoko temperaturo orodja, kar pa ni ugodno za razvoj fine strukture. Za pospešeno kristalizacijo in razvoj finozrnate strukture, ki izboljša odpornost proti obrabi in mersko stabilnost pri dolgotrajni obremenitvi, imamo na voljo posebna nukleirna sredstva. Končno stopnjo kristalizacije že v kalupu težko zagotovimo. Zato se vedno pojavi še naknadna kristalizacija, ki povzroči naknadno krčenje od 20 do 30 odstotkov celotnega skrčka. 90 odstotkov kristalizacije se zgodi v prvih 10 urah po razkalupljenju, ostanek pa med staranjem, ki traja različno dolgo. Naknadno kristalizacijo in krčenje lahko pospešimo s tempranjem (segrevanjem) izdelkov po postopku, ki ga predpisuje proizvajalec materiala. O tem bomo pisali pri napaki N. 35 -Notranje napetosti. Vpliv velikosti kristalov na lastnosti: Čim manjša je hitrost hlajenja, večji so kristali. Večji kristali dajejo krhko tvorbo. Kljub temu je odpornost proti obrabi dobra. Manjši kristali dajejo večjo trdnost, prozornost, odpornost proti obrabi in večjo mersko stabilnost. Vpliv stopnje kristaliničnosti na lastnosti: Stopnja kristaliničnosti je višja pri višjem naknadnem tlaku in daljšem času njegovega delovanja.

207

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Z višanjem stopnje kristaliničnosti se povečujejo: - specifična teža, območje taline, vlečna trdnost, E-modul, trdota, toplotna odpornost, specifična toplota (pri ohlajanju moramo odvesti več toplote), - večja sprememba volumna (potreben daljši naknadni tlak), večji skrček, - odpornost proti topilom, neprepustnost plinov in par. Z višanjem stopnje kristaliničnosti se zmanjšuje: - odpornost na udarce, odpornost proti tvorbi napetostnih razpok, prozornost.

N.34 ORIENTIRANOST Pri brizganju termoplastov imamo pogosto težave, povezane s pokanjem plastičnih izdelkov. V petdesetih in šestdesetih letih prejšnjega stoletja so številni znanstveniki intenzivno preučevali to težavo in ugotovili, da je pokanje plastičnih izdelkov, tako kot pokanje ulitkov v jeklarski industriji, posledica notranjih napetosti, ki v izdelku nastanejo zaradi neprimernih pogojev predelave, kot sta na primer neenakomerno hlajenje in ovirano krčenje taline. Pri prozornih izdelkih lahko te napetosti opazujemo v obliki izokromatskih črt, če izdelek osvetlimo s polarizirano svetlobo. Podobno kot pri odpravljanju napetosti pri ulitkih v jeklarski industriji, so tudi pri plastičnih izdelkih poskušali nastale notranje napetosti odpraviti s tempranjem (gretjem pri temperaturi nižji od temperature mehčanja mase). Pri tej temperaturi se notranje napetosti sprostijo in izginejo, tako da izginejo tudi izokromatske črte. Tako se prepreči nevarnost pokanja. V mnogih primerih pa so znanstveniki ugotovili, da so tudi po neobičajno dolgem tempranju izokromatske črte še vedno prisotne. Z mikroskopom so preučevali strukturo materiala na površini izdelka in opazili močno orientiranost makromolekul v smeri teka taline. Sklenili so, da izokromatske črte, ki se po tempranju še vidijo, pripadajo orientiranim makromolekulam; del izokromatskih črt, ki pripadajo notranjim napetostim, pa je pri tempranju izginil.

σ upogibna vzdolžna > σ upogibna prečna V nekaterih primerih, na primer pri tulcih kemičnih svinčnikov, šarnirjih, monofilih, trakovih, močno orientiranih folijah, itn., so dobre lastnosti orientiranih struktur zelo uspešne brez tveganja, da bi se pojavile napetostne razpoke. Pogoj je, da v izdelku ni nobene notranje napetosti, ki bi delovala prečno na smer orientiranosti, saj je

208

� upogibna trdnost- pre�na

Tudi molekularna orientiranost zaradi prisilnega položaja makromolekul povzroča notranje napetosti, vendar manj, zelo pa vpliva na anizotropnost mehanskih lastnosti izdelka. Trdnost izdelka je precej večja v vzdolžni smeri orientiranosti, saj je orientiranost nekakšna ojačitev. V prečni smeri je trdnost dosti manjša (Slika 3.71). upogibna trdnost-��dol�na orientiranost makromolekul ��dol�na os pre�na os

Slika 3.71/63/: Anizotropnost mehanskih lastnostih zaradi orientiranosti

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

trdnost v tej smeri precej manjša od trdnosti v smeri orientiranosti. Orientiranost je večinoma nezaželena, saj so v praksi vedno prisotne notranje napetosti, zlasti pri zahtevnih konstrukcijskih izdelkih. Posebno nevarne so natezne notranje napetosti., ki delujejo v prečni smeri glede na orientiranost in povzročajo napetostne razpoke pravokotno na smer delovanja napetosti. Pokažejo se lasaste razpoke v smeri orientiranosti, tako da izdelek odpove. Orientiranost steklenih vlaken pri polnjenih materialih in anizotropnost lastnosti sta še bolj izraziti, kot molekulska orientiranost, in se ju z običajnimi relaksacijskimi postopki ne da odpraviti. Ugotavljajo ju z rentgenografsko metodo, ali z mikroskopskim opazovanjem tanke luskinice izdelka. Nastanek orientiranosti V mirujoči talini so nitaste makromolekule v neurejenem, prepletenem stanju (izjema so LC-polimeri). Ko talina steče v kalup, se molekule v premikajoči talini zaradi trenja med posameznimi plastmi razpotegnejo in usmerijo v smeri toka (Slika 3.72). (t0 < t1 < t2 < t3 < t4); t je hitrost

l3 l4 Xu 2689.2

Del makromolekul v takem stanju zamrzne, ostali del pa pod vplivom trenutne Slika 3.72/6/: Raztegnjenost makromorelaksacije, ki jo omogoča visoka tempera- lekul v odvisnosti od hitrosti taline tura jedra taline, izgubi orientiranost. Orientirani del makromolekul, ki je po preseku pretoka različen, ostane zamrznjem tudi po razkalupljenju izdelka. Največja stopnja orientiranosti je v vrhnjih plasteh izdelka, ki so v neposredni bližini sorazmerno hladne površine orodja, na katero se vrhnja plast taline prilepi, spodnje plasti pa drsijo ena po drugi in ustvarjajo trenje. Čim večja je hitrost, večje so strižne sile med plastmi, bolj so makromolekule razvlečene. V notranjosti, kjer je orientiranost makromolekul najmanjša, se povečana orientiranost pojavi z vklopom naknadnega tlaka, ko se v kalup dovaja nova talina kot nadomestilo za krčenje mase pri ohlajanju. Močna orientiranost je prisotna zlasti pri tankostenskih izdelkih in na mestih, kjer masa teče skozi ožine, kot je na primer dolivna odprtina. Tu so prečne sile najmočnejše, tako da prisilijo nitaste makromolekule, da se razpotegnejo v smeri teka. V literaturi uporabljajo za pojav orientiranosti tudi naziv zamrznjeno napetostno stanje oziroma zamrznjene napetosti. Energija, nakopičena v prisiljenem, zamrznjenem orientiranem stanju makromolekul, se imenuje entropijska elastičnost, ki se lahko sprosti šele pri gretju nad temperaturo mehčanja VST/B, ko se gibljivost orientiranih makromolekul dovolj poveča, da lahko zavzamejo neprisiljen položaj, odrejen z medmolekulskimi in medatomskimi silami /70/.

209

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Pri notranjih napetostih, ki nastanejo zaradi neenakomernega hlajenja in oviranega krčenja, se napetosti, v primerjavi z zamrznjeno orientiranostjo, sprostijo pri nižjih temperaturah in sicer pri temperaturi nižji od temperature mehčanja. Postopek sproščanja napetosti se imenuje relaksacija oziroma tempranje, odvisen pa je od časa in temperature. Čim višja je temperatura, krajši je čas, potreben za sprostitev notranjih napetosti. Energija, nakopičena v teh notranjih napetostih, se imenuje energija elastičnosti. Napetost zaradi orientiranosti je bistveno manjša od napetosti zaradi neenakomernega hlajenja. Zato se, kot že omenjeno, pogosto koristijo prednosti orientiranih struktur brez tveganja, da bi se pojavile napetostne razpoke. Ugotavljanje orientiranosti Molekulska orientiranost v izdelku zelo vpliva na njegove lastnosti. Zaradi škodljivih vplivov orientiranosti, ki povzroča anizotropnost mehanskih lastnosti, moramo vedeti, kako molekulska orientiranost nastane, kako jo ugotavljamo in kako jo preprečujemo. Določanje orientiranosti je eden od načinov hitrega ugotavljanja kakovosti izdelka. 60

natezna trdnost

Poleg nekaterih zahtevnih načinov ugotavljanja orientiranosti, kot sta na primer rentgenografska strukturna analiza in infrardeča spektrografska analiza, poznamo tudi enostavnejše metode, na primer mehanske preizkuse, optične preizkuse s polarizacijskimi filtri ter meritve krčenja in zvijanja izdelka. Za preizkuse uporabimo različne epruvete, prirejene pogojem preizkušanja.

N mm2

Mehanski preizkusi ugotavljanja orientiranosti Mehanske lastnosti so neposredno odvisne od orientiranosti, kar pojasnjuje naslednji primer. Slika 3.73 /71/ prikazuje šest standardnih epruvet iz polistirena, prirejenih za natezne preizkuse. Narejene so z različnimi parametri brizganja. Posledično so v epruvetah različne

210

Slika 3.73/71/: Razmerje med orientiranostjo (zgoraj), natezno trdnostjo (sredina) in skrčkom (spodaj) pri epruvetah iz PS /1/

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

stopnje orientiranosti. Epruveta številka 1 ima največjo orientiranost, kar je razvidno iz gostih kromatskih črt, pa tudi največji skrček po segrevanju nad temperaturo mehčanja. Epruveta številka 6 ima najmanjšo orientiranost, pa tudi najmanjši skrček po segrevanju nad temperaturo mehčanja. Natezni preizkus pokaže, da ima epruveta številka 1 največjo natezno trdnost. To si razlagamo tako, da orientiranost makromolekul pomeni dodatno ojačitev izdelka v smeri orientiranosti. Epruveta številka 6 z najmanjšo orientiranostjo pa ima najmanjšo natezno trdnost. Podolgovata oblika epruvete omogoča le eno smer obremenjevanja, in sicer v vzdolžni smeri epruvete, v kateri poteka tudi orientiranost, saj je dolivno mesto na koncu epruvete. Vzdolžna obremenitev ni problematična, saj deluje v smeri, ki je ojačana z orientiranostjo makromolekul. Trdnost v prečni smeri lahko ugotavljamo s preizkušanjem epruvete kvadratne oblike, ki omogoča kompleksnejše analize vplivov orientiranosti, saj jo lahko obremenjujemo tudi v prečni smeri. Za izrazit prikaz orientiranosti so primerne tanke ploščice. Upogibni preizkusi v obeh smereh pokažejo, da je razmerje med upogibno trdnostjo v vzdolžni smeri in upogibno trdnostjo v prečni smeri med 2 in 3 /72/. Pri udarni žilavosti so razlike še bistveno večje. Optične meritve orientiranosti s polarizacijskimi filtri Pri prozornih masah lahko s polarizirano svetlobo opazujemo izokromatske črte, ki kažejo, kako različne so lahko orientiranost in notranje napetosti. Izdelek z veliko izokromatskih črt ima precej slabšo trdnost v prečni smeri in je v agresivnem mediju občutljivejši za napetostne razpoke v prečni smeri. Prozorni izdelek se vstavi med dva prekrižana polarizacijska filtra in od zadaj osvetli. Z dvojnim lomom svetlobe dobimo barvno sliko spektralnih črt, ki predstavljajo orientiranost in notranje napetosti zaradi neenakomernega hlajenja in oviranega krčenja. Ti dve vrsti kromatskih črt se prekrivata in med njima ni opazne razlike. Če hočemo ugotoviti delež enega in drugega pojava, opazovani izdelek tempramo pri temperaturi nižji od temperature mehčanja. Notranje napetosti izginejo. Ostane le še molekularna orientiranost. Če je orientiranost močna, se podoba kromatskih črt le neznatno spremeni. Barve, ki se kažejo, so od najnižje do najvišje stopnje orientiranosti razvrščene v naslednjem zaporedju: črna, siva, bela, rumena, rdeča, modra, roza, zelena. Polarizacijski filtri se v praksi uporabljajo predvsem za ugotavljanje orientiranosti. Za ugotavljanje notranjih napetosti se uporabljajo predvsem preizkusi odpornosti proti delovanju agresivnih medijev. Ugotavljanje orientiranosti na podlagi meritev krčenja in deformacij S segrevanjem nad temperaturo mehčanja orientiranost izgine. Pri tem se izdelek zvije proporcionalno velikosti odpravljene orientiranosti. Pri velikih izdelkih z orientiranostjo v različnih smereh, se krčenje na posameznih mestih nevtralizira in ne daje vpogleda v

211

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

dejansko velikost orientiranosti. V takem primeru izdelek razrežejo na manjše kose in na njih ugotavljajo dejansko stopnjo lokalne orientiranosti. Najmočnejša orientiranost je tik pod površino izdelka, proti sredini stene pa slabi. V sredini in bližini dolivka nastane drugi maksimum zaradi delovanja naknadnega tlaka. Podrobnejše zaključke o razporeditvi orientiranosti dobimo, če epruveto ali drugi preizkušanec razrežemo v tanke lističe, jih vstavimo med dve stekleni ploščici in v silikonskem olju segrevamo eno uro pri primerni temperaturi, višji od temperature mehčanja VST/B. V smeri orientiranosti je krčenje manjše kot v prečni smeri. Na epruveti, ki ima obliko četrtine okrogle ploščice, se lahko zelo natančno ugotovi krčenje v vzdolžni in prečni smeri teka taline. Ta epruveta se uporablja za preučevanje razmer pri brizganju s točkovnim dolivkom s prosto deformacijo okoli dolivka, kar pri ploščicah drugačnih oblik ni mogoče ugotavljati. Če v takem orientiranem stanju segrejemo epruveto, ali drugi preizkušanec nad temperaturo mehčanja VST/B, se zamrznjena orientiranost obnaša kot termoelastična napetost, ki preizkušanca deformira. Preizkus poteka na dva načina: - Čas segrevanja je konstanten. Temperaturo pri vsakem preizkusu zvišajo za 5 °C in merijo spremembo mer. - Pri stalni temperaturi, ki je za 20 °C višja od temperature mehčanja VST/B, po vsakem preizkusu podaljšajo čas in merijo spremembo mer. Čas je težko določljiv in je odvisen od oblike izdelka. Ohlajanje naj bo počasnejše, da se prepreči vnos dodatnih napetosti. Po preizkusu se lahko pričakuje povečanje izdelka v prečni smeri glede na orientiranost. Če so bili izdelki narejeni z različnimi parametri brizganja, bo tudi sprememba mer po preizkusu različna. Glede na spremembo mer, se nastavijo primernejši parametri brizganja. Amorfni termoplasti so zelo primerni za tako preizkušanje. Primerna temperatura preizkusa je 70 °C nad temperaturo mehčanja VST/B. Preprečevanje nastajanja orientiranosti Zatečenega stanja orientiranosti ni mogoče zmanjšati z običajnimi metodami relaksacije pri zmerno visokih temperaturah. Zato je treba zagotoviti tak potek brizganja, da se prepreči nastanek močne orientiranosti. Orientiranost bo manjša, če se brizga v vroč kalup pri visoki temperaturi mase, razmeroma veliki hitrosti brizganja, nizkemu naknadnemu tlaku in kratkemu času delovanja naknadnega tlaka. Pri takih pogojih brizganja so možnosti za sprotno relaksacijo velike, saj imajo med brizganjem orientirane makromolekule v vroči talini na razpolago dovolj relaksacijskega časa, da se pred zamrznitvijo postavijo v neprisiljen položaj. Upoštevati je treba še naslednje: - Majhen presek dolivka in velike poti zalivanja povzročajo močno orientiranost. - Z večanjem debeline sten izdelka se orientiranost zmanjšuje.

212

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Nastala orientiranost naj poteka v smeri mogočih nateznih napetosti. Dolivni sistem se izbere tako, da je smer zalivanja samo ena. Združevanje dveh ali več orientiranih tokov povzroča zvijanje. Upoštevati moramo, da je trdnost v vzdolžni smeri orientiranosti večja kot v prečni. Krčenje je v vzdolžni in prečni smeri orientiranosti različno.

N.35. NOTRANJE NAPETOSTI IN NAPETOSTNE RAZPOKE Poznavanje notranjih napetosti v ulitku je zelo pomembno za razumevanje vzrokov za neustreznost njegovih mehanskih lastnosti. Besedna zveza notranje napetosti označuje različne vrste mehanskih napetosti, ki brez zunanjih obremenitev delujejo v ulitku. Nastajajo pri brizganju in se jim težko izognemo.. Večina je pogojena s hlajenjem v orodju, nekatere pa so posledica delovanja zunanjih obremenitev. Proces hlajenja sproža celo vrsto pojavov, kot so krčenje, zvijanje, orientiranost in kristalizacija pri delnokristaliničnih materialih, pogosto pa jih spremljajo notranje napetosti in lasaste razpoke. Te pojave lahko razvrstimo takole: -

N.35.a notranje napetosti zaradi zunanjih obremenitev, N.35.b notranje napetosti zaradi molekulske orientiranosti, N.35.c notranje napetosti zaradi hlajenja in oviranega krčenja, - N.35.c.1 notranje napetosti zaradi hlajenja, - N.35.c.2 notranje napetosti zaradi prostorninske ekspanzije, - N.35.c.3 notranje napetosti zaradi zamrznitve raztegnjenega čela taline, - N.35.c.4 notranje napetosti zaradi kristalizacije, - N.35.c.5 notranje napetosti zaradi vstavljenih vložkov.

Glavni vzroki za nastanek notranjih napetosti in pripadajočih napetostnih razpok, zaradi katerih izdelek odpove, so: -

nepravilna konstrukcija izdelka (neenakomerne stene, odebeljeni in ne zaokroženi vogali, zarezni učinki itn.), neenakomerno hlajenje v orodju, neprimeren dolivni sistem, neprimerni nastavitveni parametri brizganja (hitro hlajenje, velik in dolg naknadni tlak, ki je potreben zaradi debelih sten, itn.), neprimerna struktura materiala zaradi neustreznih barvil, oksidacije, hidrolize in termičnih poškodb materiala pri njegovi pripravi in predelavi).

N.35.a NOTRANJE NAPETOSTI ZARADI ZUNANJIH SIL IN SPOLOŠNIH VPLIVOV Med vsemi vrstami notranjih napetosti so napetosti zaradi zunanjih obremenitev, kot so natezne, tlačne, upogibne in druge, najbolj razumljive ter nazorno opredeljujejo mehansko vzdržljivost nekega izdelka, pa tudi njegovo odpornost proti nastanku napetostnih

213

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

razpok. Med splošne razloge za nastanek napetostnih razpok navajajo v literaturi še naslednje vplive: - Ne dovolj togo orodje Pri krhkih in amorfnih materialih ima elastična deformacija orodja zelo negativne učinke. Pri vbrizgavanju mase orodje deluje kot vzmet. Ko se tlak polnjenja zviša, se kalupni plošči pod tlakom taline upogneta. Ko tlak popusti, se kalup stisne v prvotno stanje in zgnete že ohlajeno zunanjo kožico taline. Za krhke materiale je ta obremenitev prevelika, zato izdelek popoka. - Premajhna zapiralna sila V tem primeru se orodje razpre, ker stroj ne zdrži brizgalnega tlaka. Ko tlak popusti, se stroj in orodje ponovno stisneta. Posledica je enaka, kot v prejšnjem primeru. - Vlažen granulat Prisotnost vlage se pogosto na izdelku ne pokaže, vpliva pa na strukturo materiala in njeno občutljivost za napetostne razpoke. V tabeli napak so navedeni še drugi možni povzročitelji napetostnih razpok. Tudi nitka na dolivku lahko povzroči razpoko, če zaide v kalup in jo zalije masa. Ob nitki se ustvari zarezni učinek, tako da izdelek na tistem mestu lahko poči. N.35.b NOTRANJE NAPETOSTI ZARADI ORIENTIRANOSTI Orientiranost makromolekul je posledica ohlajanja in zamrznitve taline v prisiljenem orientiranem stanju, vendar je zaradi svoje specifičnosti izpostavljena kot poseben pojav. Zaradi nje so lastnosti izdelka anizotropne, kar je v večini primerov nezaželeno. (napaka N.34 ORIENTIRANOST). Stopnja anizotropnosti je premo sorazmerna stopnji orientiranosti. Anizotropnost velja tudi za krčenje, ki je v vzdolžni in prečni smeri zaradi orientiranosti različno. Zaradi različnega krčenja nastajajo notranje napetosti, ki so toliko večje, čim večja je razlika med krčenjem v vzdolžni in prečni smeri toka taline. Steklena vlakna se pri brizganju tudi orientirajo. Zamrznjeno stanje njihove orientiranosti povzroča anizotropno krčenje. Zaradi orientiranosti po navadi nastanejo natezne napetosti, ki so zelo majhne (več kot stokrat manjše od notranjih napetosti zaradi hlajenja) in se pri amorfnih materialih sprostijo šele nad temperaturo steklastega prehoda Tg in tik nad točko taljenja pri delnokristaliničnih materialih. Posledica tako visokih temperatur je plastična deformacija izdelka, ki je premo sorazmerna stopnji orientiranosti. Po takem segrevanju izdelki niso več uporabni. Ta postopek se izvaja samo zato, da se ugotovita velikosti orientiranosti in anizotropnosti.

214

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

N.35.c NOTRANJE NAPETOSTI ZARADI HLAJENJA IN OVIRANEGA KRČENJA Pri ohlajanju ulitka nastajajo v njem velike temperaturne razlike. Tanke stene se zaradi sorazmerno nizke temperature orodja hitro ohlajajo, na odebeljenih mestih pa je hlajenje počasnejše. Posamezni deli izdelka imajo zaradi različnih temperatur različno gostoto, zato med njimi nastajajo napetosti. Pri amorfnih materialih je ta pojav milejši, ker pri zniževanju temperature ne nastajajo skokovite spremembe, saj ne kristalizirajo. Na velikost napetosti bolj vpliva toplotni razteznostni koeficient, ki se s temperaturo precej spreminja, zato se posamezni deli izdelka različno krčijo. Pri delnokristaliničnih materialih prihaja zaradi kristalizacije, ki poteka pri ohlajanju, do skokovite spremembe gostote, zato so napetosti med posameznimi deli izdelka z različnimi gostotami toliko večje. Napetosti omilimo, če brizgamo v vroče orodje. Zaradi delovanja notranjih napetosti se izdelki, zlasti nesimetrični, po razkalupljenju zvijejo. Take izdelke še vroče vpnemo v vpenjalno napravo, da po ohladitvi ostanejo ravni. Po potrebi jih tudi tempramo pri najvišji možni temperaturi. Tudi ovirano krčenje povzroča napetosti. Ponavadi oblika izdelka ovira prosto krčenje. Značilen primer oviranja prostega krčenja je pri oblivanju vstavljenih delov.

�2�

Tlačna napetost (-) na zunanji površini je enaka dvojni vrednosti maksimalne natezne napetosti (+) v jedru. Vsoti nateznih in tlačnih napetosti sta v ravnotežju. Ničelna vrednost napetosti je na razdalji 0,21d. Če bi med hlajenjem in krčenjem dovedli vso manjkajočo maso, bi se vzpostavilo ničelno napetostno stanje po celem preseku. V praksi se vedno dopusti predpisano krčenje, ki ga proizvajalci materialov priporočajo za svoje materiale. S tem izdelek lahko odstopi od stene, tako da se ga brez težav izmeče iz orodja. S skrčkom se pojavijo tudi notranje napetosti, ki jih preprečujemo ali omilimo s počasnim hlajenjem in visoko

0,21 d

N.35.c.1 Notranje napetosti zaradi neenakega hlajenja Napetosti v ulitku nastanejo predvsem zaradi neenakega hlajenja. Vrhnja plast izdelka, ki je v neposrednem stiku s sorazmerno hladno površino kalupa, se najprej začne hladiti in strjevati. Nastane trdna tanka skodela, ki se ne krči več. Notranje plasti se hladijo počasneje, njihovo krčenje pa je ovirano zaradi toge zunanje lupine, ki se več ne krči. Tako v lupini nastanejo tlačne napetosti (ker jo notranjost vleče skupaj), v jedru pa zaradi preprečenega krčenja natezne napetosti. Napetosti zaradi neenakega hlajenja potekajo parabolično po diagramu na Sliki 3.74.

N. 35.c.1 Slika 3.74/73/: Potek notranjih napetosti N.35.c.1 zaradi neenakega hlajenja v prerezu plošče

215

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

temperaturo orodja. Pri tem so potrebne kompromisne odločitve, saj je počasno hlajenje v nasprotju z željo po kratkih časih ciklusov. N.35.c.2 Notranje napetosti zaradi prostorninske ekspanzije Pri visokem tlaku v orodju se jedro taline zelo stisne. Tlak v notranjosti ostaja še po izmetavanju in skuša raztegniti zunanjo plast. V njej nastanejo natezne napetosti (+), v jedru pa enakovredne tlačne napetosti (-). Natezne napetosti na površini so neugodne, ker zmanjšujejo korozijsko odpornost in pospešujejo tvorbo napetostnih razpok. Potek napetosti prikazuje Slika 3.74. N.35.c.3 Notranje napetosti zaradi raztezanja čela taline Te napetosti so odkrili razmeroma pozno in sicer s preučevanjem površinskih napetosti, ki so jih eksperimentalno ugotavljali na epruvetah iz polistirena in jih na začetku pripisovali napetostim N.35.b, N.35.c.1 in N.35.c.2. Kasneje so ugotovili, da seštevek teh znanih oblik napetosti ne daje ozke natezne napetosti v vrhnji plasti izdelka, ki so jo ugotovili pri preizkusih. Morali bi obstajati še drugi, do tedaj nepojasnjeni učinki, ki so merodajni za navzočo konico natezne napetosti, za katero so krivili predvsem orientiranost N.35.b. Razlago so pridobili s preučevanjem dogajanja pri teku taline in ocenili, da vpliv orientiranosti ni odločilen. Ugotovili so, da se ohlajena kožica na čelu taline pod vplivom tlaka brizganja zelo raztegne in zalepi na površino kalupa. Pri tem makromolekule zamrznejo v prisilnem položaju. Natezne napetosti, ki so posledica tega stanja, so energijsko elastične, tako da se odpravijo s tempranjem pod temperatu-

216

N. 35.c.2 Slika 3.75/74/: Potek napetosti N.35.c.2 zaradi prostorninske ekspanzije

N. 35.c.3 Slika 3.76/74/: Napetosti N.35.c.3 kot posledica raztegnjenega čela taline.

N. 35.c.1 + c.2 + c.3 Slika 3.77/74/: Napetostni diagram, ki predstavlja seštevek napetosti N.35-c1, c2 in c3.

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

ro mehčanja. Čim višji je naknadni tlak ter čim nižji sta temperaturi orodja in taline, večje so natezne napetosti in manjša je korozijska odpornost. Slika 3.76 prikazuje potek napetosti kot posledico raztegnjenega čela taline. Velike natezne napetosti (+) so v ozkem površinskem sloju, v notranjosti pa so nizke tlačne napetosti (-). Konico natezne napetosti na površini izdelka, ki je nevarna za nastanek napetostnih razpok, tvorijo napetosti c1, c2 in c3. Napetostni diagram na Sliki 3.77 predstavlja seštevek teh napetosti. N.35.c.4 Notranje napetosti zaradi kristalizacije Pri delnokristaliničnih materialih nastajajo še drugačne vrste notranjih napetosti. Če ulitek ohladimo zelo hitro, se v zunanji plasti kristalizacija prepreči, v notranjosti, kjer temperatura le počasi pada, pa je kristalizacija intenzivna. Gostota je, glede na različne stopnje kristalizacije v posameznih delih izdelka, različna. Zato nastajajo notranje napetosti in izdelek se po razkalupljenju zvije. Zaradi večje stopnje kristalizacije v notranjosti, se notranjost izdelka bolj krči, vendar je krčenje ovirano zaradi hladne zunanjosti, ki se manj krči. Zato v notranjosti nastanejo natezne napetosti, v zunanjosti pa neškodljive tlačne napetosti (enako kot v poglavju N.35.c.1). Preprečena oziroma prekinjena kristalizacija površinskega dela izdelka se lahko nadaljuje, če je izdelek naknadno pri uporabi izpostavljen višjim temperaturam. Čim bližji sta si temperaturi segrevanja in kristalizacije, lažje se izvaja naknadna kristalizacija. Pri tem se površina zgosti in skrči. To krčenje je zaradi dokončane kristalizacije v notranjosti, ki se ne krči več, ovirano. Zato po omenjeni zakonitosti nastanejo na površini natezne napetosti, ki lahko skrivijo izdelek, še posebno če je nesimetričen. Zato skušajo doseči končno kristalizacijo že v orodju (visoka temperatura kalupa), ali pa izdelke še pred uporabo temprajo. N.35.c.5 Notranje napetosti zaradi vstavljenih vložkov Vstavljeni deli so trajna ovira za krčenje materiala. Zato je treba upoštevati, da mora biti mejni raztezek plastičnega materiala (raztezek pretrganja, oziroma raztezek lezenja) večji od predelovalnega skrčka. Ovirano krčenje povzroča velike natezne obremenitve, zaradi katerih je korozijska odpornost izdelka z vstavljenimi vložki zelo omejena. Občutljivost za pokanje še povečujejo hladni spoji, ki nastanejo pri teku taline okoli vstavljenega vložka. Zaželena je uporaba postopkov, ki omogočajo boljše zlitje in preprečujejo nastanek nateznih površinskih napetosti (npr. postopek varioterm). Napetosti so manjše, če je hlajenje počasno, temperatura orodja pa čim bliže temperaturi mehčanja. Primerna je visoka temperatura uporabe, ker se napetosti zaradi raztezanja materiala sproščajo. Toplotni razteznostni koeficient plastičnega materiala je namreč veliko večji od koeficienta kovin.

217

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

3.2 UGOTAVLJANJE NOTRANJIH NAPETOSTI IN ORIENTIRANOSTI Vse opisane notranje napetosti (razen napetosti zaradi zunanjih obremenitev), so povezane s hitrim hlajenjem. Bolj kot hitro hlajenje sta lahko nevarna visok naknadni tlak in dolg čas njegovega delovanja (poglavje N.35.c.3). Tako se poleg drugih izrazov za napetosti v literaturi omenja tudi besedna zveza napetosti zaradi visokega naknadnega tlaka. Zato lahko sklenemo, da so notranje napetosti največkrat posledica neprimernega programiranja tlaka in temperature taline med polnjenjem in ohlajanjem kalupne votline. Kljub poznavanju škodljivega vpliva visokega naknadnega tlaka, pa se mu zaradi lokalnih odebelitev in posedenosti pogosto ne moremo izogniti. Notranje napetosti lahko povzročijo pokanje izdelka brez zunanjih mehanskih obremenitev. Tlačne notranje napetosti zavirajo nastanek razpok. Nevarna pa je natezna napetost, še posebno, če deluje prečno na smer orientiranosti (v smeri manjše trdnosti izdelka). Takrat nastanejo v smeri orientiranosti napetostne razpoke. Če ima izdelek luknjo, bo pod vplivom agresivnih medijev na področju nateznih napetosti popokala. Zato je pomembno vedeti, ali so v izdelku (na površini ali v notranjosti) napetosti, in če so, kako se jih odpravi, da se prepreči odpoved izdelka med uporabo. Za ugotavljanje notranjih napetosti so razvili, podobno kot za orientiranost (poglavje N.34. ORIENTIRANOST), različne postopke, med katerimi prevladujejo postopki, ki temeljijo na uporabi agresivnih snovi za spodbujanje nastanka napetostnih razpok. Slednje so indikator velikosti notranjih napetosti. Navajamo še nekaj drugih postopkov: a). Ugotavljanje napetosti s polarizacijskimi filtri Postopek je uporaben za prozorne materiale. Izdelek opazujejo skozi par prekrižanih polarizacijskih filtrov in iz barvnih tonov sklepajo, kako velike so napetosti. Pri tem se mora vedeti, da se istočasno vidi tudi orientiranost. Zato je ta preizkus uporaben samo za izdelke, za katere se zagotovo ve, da so brez orientiranosti. To pa je redko. Zato za ugotavljanje napetosti ta postopek ne pride v poštev, se pa precej uporablja za ugotavljanje orientiranosti. Pred tem se s tempranjem odpravijo notranje napetosti, da ostane samo še orientiranost. b). Ugotavljanje napetosti z mehanskimi preizkusi Veliko se uporablja preizkus z vtiskovanjem kroglice v nekoliko manjšo luknjo v izdelku, pri čemer opazujejo nastanek razpok na mestu vtiskovanja. Poznamo pa še mnoge druge mehanske preizkuse. c). Ugotavljanje napetosti z izrezom plasti izdelka Ta preizkus temelji na dejstvu, da se napetostno ravnotežje v izdelku poruši z odstranit-

218

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

vijo plasti izdelka. Zaradi porušenega napetostnega stanja se izdelek skrivi. Na podlagi te deformacije se lahko izračuna prvotno napetostno stanje. d). Ugotavljanje napetosti s segrevanjem tik pod temperaturo mehčanja Pri tej temperaturi ima izdelek sorazmerno majhno trdnost. Zato se zaradi delovanja notranjih napetosti deformira, tako da ni več uporaben. Iz nastale deformacije sklepajo, kako velike so bile notranje napetosti, ki so največkrat posledica prevelikega in dolgotrajnega naknadnega tlaka. Pri tem preizkusu je vpliv orientiranosti izvzet, saj se orientiranost sprošča šele tik nad temperaturo mehčanja, to je nad temperaturo steklastega prehoda Tg pri amorfnih, in tik nad temperaturo topljenja kristalov pri delnokristaliničnih materialih, ko postanejo makromolekule dovolj gibljive. Toplotni preizkus pri temperaturi uporabe pokaže, ali je izdelek primeren za uporabo. Kritično mesto je ponavadi območje okoli ulivne odprtine, kjer je koncentracija notranjih napetosti zaradi obremenjujočega delovanja naknadnega tlaka največja. Pri relaksaciji, ki poteka pri nižjih temperaturah, ne pride do deformacije. e). Ugotavljanje napetosti z agresivnimi snovmi Ta postopek se uporablja za spodbujanje nastanka napetostnih razpok, na osnovi katerih se oceni stopnja notranjih napetosti. Postopek opredeljujeta standarda DIN 53449/3 in ISO 4599. Preizkusna epruveta brez notranjih napetosti, se vpne v šablono s polmerom od 50 do 500 mm in obremeni na upogib. Debelina epruvete je od 0,2 do 4 mm. Glede na polmer šablone in debelino epruvete lahko nastane robni raztezek od 0,2 do 3,9 odstotka (Slika 3.78). Preizkušanje mehansko obremenjene epruvete traja 24 ur, lahko pa se podaljša v dolgotrajen preizkus do 1000 ur. Epruveta je med preizkusom izpostavljena tudi delovanju agresivnega medija. Glede na napetost pri nekemu raztezku, trajanje preizkusa, ter vrsto in temperaturo medija, nastajajo razpoke različnih gostot in velikosti.

vpenja�na��e�just epruveta �a��na

Slika 3.78/75/: Vpenjalna šablona za upogibanje epruvete.

219

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

Ta postopek je izhodišče za ugotavljanje odpornosti materiala proti nastajanju napetostnih razpok. Postopek je lahko tudi obrnjen. Iz nastalih razpok na nekem izdelku ugotavljajo, kako velike so v njem notranje napetosti, če le obstajajo primerljivi preizkusi. Pri tem obrnjenem preizkusu je izdelek izpostavljen delovanju agresivnih snovi v neobremenjenem stanju. Izdelek je lahko v mediju potopljen, lahko je izpostavljen samo njegovim hlapom, lahko pa je z medijem samo navlažen. Na podlagi teh možnosti so nastali različni »hišni« preizkusi. Uveljavila sta se dva načina ugotavljanja napetosti na osnovi napetostnih razpok: a). Izdelek obremenjujejo z različnimi obremenitvami in potapljajo v agresivno snov. Za vsako obremenitev izmerijo čas, ko nastane prva razpoka. Tako dobimo diagram napetosti in časa do nastanka prve razpoke. V obratni smeri poteka postopek tako, da izdelek z neznanimi napetostmi potopijo v medij in merijo čas do nastanka prve razpoke. Iz diagrama odčitajo, kako velika napetost je povzročila nastalo razpoko. b). Dve sestavini agresivne mešanice zmešajo v nekem razmerju. Izdelek obremenijo z neko obremenitvijo in ga potopijo v pripravljeno mešanico. Izbere se čas potapljanja. Pri enakem času spreminjajo obremenitev. Najmanjša obremenitev, pri kateri se pojavi razpoka, je referenčna napetost za dano razmerje mešanice. Nato spreminjajo razmerje mešanice in za vsako razmerje poiščejo referenčno napetost. Tako dobijo diagram napetosti za posamezna mešalna razmerja, pri katerih se pojavi razpoka. Primer: Za polikarbonat uporabijo mešanico toluena in n-propanola. Čas delovanja je 3 minute. Pri razmerju 1:10 nastanejo prve razpoke pri napetosti 20 MPa ali več, pri razmerju 1:3 pa že pri napetosti 10 MPa ali več.

3.2.1 PRIPOROČILA ZA IZBIRO AGRESIVNIH SNOVI ZA UGOTAVLJANJE NAPETOSTI Proizvajalci materialov priporočajo ustrezne agresivne snovi, ki zmanjšujejo trdnost polimernega materiala in spodbujajo nastanek napetostnih razpok, polimernega materiala pa ne razkrajajo. Posamezni materiali so različno občutljivi za agresivne snovi. Zato so pogoji preizkušanja prirejeni vsaki skupini materialov. V nadaljevanju navajamo podatke o vrstah medijev ter temperature in čase delovanja, pri katerih nastanejo razpoke, ki napovedujejo napetosti višje stopnje, zaradi katerih se morajo izdelki temprati. Nekateri postopki so vodeni tako, da po končanem preizkusu ni razpok. To pomeni, da v izdelku ni napetosti, ali pa so zanemarljivo majhne. PE 5 odstotna raztopina tenzida: 4 ure/80 °C PP

220

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

kromova kislina: 60 min/50 °C PS n-heptan: 60 min PVC Metilalkohol ABS 80 odstotna ocetna kislina: 20 min ali toluen + n-propanol (1:5): 60 min ASA oljčno olje + oljna kislina (1:1): 60 min ali izopropanol: 60 min SAN n-heptan ali toluen + n-propanol (1:5): 15 min ali trikloretilen SB n-heptan: 60 min ali oljčno olje + oljna kislina (1:1) ali petrolej + bencin ASA oljčno olje + oljna kislina (1:1): 60 min PMMA toluen + n-heptan (2:3): 15 min ali: izdelek se potopi za 3 minute v izopropanol, nato se 15 minut suši na zraku; ne sme dobiti razpok ali: izdelek se potopi za 15 minut v 90 odstotni alkohol, nato se spere z vodo in počaka 30 minut; ne sme dobiti razpok POM od 40 do 50 odstotna žveplena kislina: 20 min ali: 75 odstotna fosforna kislina: 3 min/50 °C PC toluen + n-propanol (1:3) :3 min PA 6 35 odstotna raztopina za spajkanje (ZnCl2): 20 min PA 66 50 odstotna raztopina za spajkanje (ZnCl2): 20 min PA 6-3-T aceton ali čisti metanol: 1 min PBT 50 odstotna raztopina za spajkanje (ZnCl2) PES toluen, ali izopropanol: 60 min

221

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

PPS + PS tri-n-butilfosfat: od 8 do 15 sek/od 23 do 40 °C PEK aceton: 60 min PEI propilenkarbonat: 60 min

3.2.2 PREPREČEVANJE NOTRANJIH NAPETOSTI Za zmanjševanje oziroma preprečevanje notranjih napetosti veljajo podobna priporočila kot za preprečevanje orientiranosti (poglavje N.34. ORIENTIRANOST). Napetosti so manjše če se brizga v vroč kalup, z veliko hitrostjo brizganja (stopenjski profil), z nizkim naknadnim tlakom in kratkim časom njegovega delovanja. Za preprečevanje nastanka napetosti so povzete naslednje ugotovitve raziskovalcev: - Napetosti nastajajo zaradi visokega in dolgotrajnega naknadnega tlaka, ki ovira proces relaksacije med brizganjem. - Temperatura orodja naj bo čim višja, da se zmanjša razlika med temperaturama taline in orodja. Zato se priporoča uporaba prevlečene površine kalupne votline, da se zmanjša hitrost ohlajanja zunanje površine izdelka. - Orientiranost povzroča anizotropnost strukture termoplastičnega materiala. Notranje napetosti so večje, čim večja je razlika med krčenjem v smeri orientiranosti in v njeni prečni smeri. - Pri amorfnih materialih, ki se sorazmerno malo krčijo, je tudi pri veliki anizotropnosti strukture učinek relaksacije močnejši od učinka anizotropnega krčenja. - Pri nekih delnokristaliničnih materialih je učinek anizotropnega krčenja veliko večji od učinka relaksacije, zato se pri tempranju notranje napetosti celo povečajo. - Ulivno mesto se postavi na najdebelejši del, kamor je treba zaradi velikega krčenja dovajati največ mase. Če zaradi zamrznitve ni zadostnega dovajanja mase, je struktura zaradi velikega krčenja puhla, izdelek pa ne doseže zahtevanih mer. - Velikosti notranjih napetosti in orientiranosti se omejuje z natančno regulacijo hitrosti brizganja, tlaka in temperature taline, da se zmanjša različnost krčenja na posameznih mestih ulitka zaradi različnih pogojev ohlajanja (v bližini dolivka, na oddaljenih mestih). - Izvaja se nadzor teže izdelka kot funkcije naknadnega tlaka in časa njegovega delovanja. - Izdelek mora biti narejen v skladu s priporočili pravilnega konstruiranja.

222

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

3.2.3 ODPRAVLJANJE NOTRANJIH NAPETOSTI (relaksacija oziroma tempranje) Če oblika izdelka, izbor materiala in predelava ne ustrezajo v celoti priporočilom ter se ne more preprečiti notranjih napetosti, jih lahko odpravimo s tempranjem (relaksacijo). To je postopek sproščanja napetosti s segrevanjem izdelka v peči pri zmerno visoki temperaturi pod točko mehčanja, pri kateri se izdelek ne uniči. Čas postopka je nekaj ur ter vključuje počasen začetek segrevanja in počasno ohlajanje na okoliško temperaturo. Čas in temperatura sta odvisna od vrste termoplastičnega materiala in velikosti notranjih napetosti. Tempranje lahko poteka tudi pri okoliški temperaturi, vendar je za to potreben daljši čas. Tempranje se izvaja zaradi dveh razlogov: a). S tempranjem se želi odpraviti notranje napetosti, da se prepreči nastanek napetostnih razpok med poznejšo uporabo, še posebno če se izdelek lakira ali lepi z agresivnimi snovmi. Postopek se uporablja za amorfne in delnokristalinične materiale. b). Pri delnokristaliničnih materialih se s tempranjem želi spodbuditi zaostala nedokončana kristalizacija, s čimer se doseže končno mersko stanje izdelka. Nepopolna kristalizacija in zaradi nje nehomogena struktura nastaneta zaradi hitrega ohlajanja izdelka. Naknadna kristalizacija lahko poteka tudi samodejno v daljšem časovnem razdobju tudi med uporabo. Nastaja bolj homogena struktura, neželeni posledici pa sta naknadno krčenje in sprememba mer. Z nadzorovanim tempranjem pri višjih temperaturah se lahko ta proces pospeši, tako da se končno mersko stanje doseže še pred uporabo izdelka. S tempranjem se vselej ne odpravijo napetosti, ampak se lahko zaradi neželenih vplivov naknadne kristalizacije in z njo povezanega krčenja celo povečajo. Zato se mora dosledno upoštevati priporočila proizvajalca materiala. Za tempranje izdelkov iz posameznih polimernih materialov veljajo naslednja priporočila: PS: ABS: SB: PMMA: POM: PA 6: PA 66: PC: PSU: PEK: LCP:

30 min/60 °C 30 min/60 °C 30 min/60 °C 60 min/od 60 do 90 °C od 6 do 30 min/od 100 do 160 °C 60 min/od 120 do 140 °C 30 min/120 do 150 °C 30 min/od 110 do 135 °C 300 min/od 160 do 170 °C 240 min/200 °C od 200 do 250 min/od 230 do 250 °C

223

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~

3.2.4 KONDICIONIRANJE Tempranje in kondicioniranje sta naknadni obdelavi izdelkov iz termoplastičnih materialov za pridobitev končnih uporabnih lastnosti. Kondicioniranje je postopek pospešenega nasičenja izdelka z vodo, ki v makromolekulski strukturi deluje kot elastomerna komponenta. Materiali, ki so po brizganju trdi in krhki, so po kondicioniranju prožni in žilavi. Taki izdelki so sposobni prenesti montažne operacije in poznejše obremenitve pri uporabi. Najpogosteje kondicionirajo poliamide, zlasti PA 6 in PA 66, redkeje poliimide, polieterimide in polietersulfone. Drugih materialov ne kondicionirajo, ker ne vpijajo vode. Če jo vpijajo, pa voda ne deluje tako kot pri poliamidih. Poliamidi vpijajo vlago iz okoliškega zraka po naravni poti, vendar je ta način za prakso zaradi dolgotrajnosti neuporaben. Pogostejše je pospešeno kondicioniranje. V Preglednici 3.3 je nekaj načinov. Časi in temperature se določajo s preizkusi. Pogosto zadostuje že minimalna zasičenost površine izdelka, da prenese montažne obremenitve brez loma. Preglednica 3.3: Načini kondicioniranja poliamida Kondicioniranje – (PA 6; debelina 2 mm) Sobna temperatura

Tropska klima

Voda

PE vrečka s 5 % vode

6 tednov

40 °C/90 % r. vl.

60 °C

20–40 °C

20 °C

45 °C

7–22 dni

2–4 h

6–20 h

6–7 dni

24 h

Količina vlage, ki jo vsrka poliamid, je odvisna od relativne vlažnosti okoliškega zraka. Ugotovljeno je, da pri 50 odstotni relativni vlažnosti vsrkata PA 6 in PA 66 približno 3 odstotke vlage. Če sta ojačana s 30 odstotkov steklenih vlaken, pa približno pol manj. Pri kondicioniranju se mere izdelka spremenijo glede na vsrkano količino vode. Pri treh odstotkih vsrkane vode se stranica izdelka iz PA 6 in PA 66 podaljša za približno 0,3 odstotke. Pri proizvajalcu materialov se o tem dobijo natančni podatki. Pri uporabi na prostem se relativna vlažnost zraka stalno spreminja. Mere izdelkov iz poliamidov ne sledijo tako hitro podnebnim spremembam. Zato ni perečih težav zaradi spreminjanja mer. Včasih se zgodi, da se mera izdelka po kondicioniranju celo zmanjša. To pripisujejo zapozneli sekundarni kristalizaciji, ki jo sproži kondicioniranje v vroči vodi.

3.3 OBRAZEC NAPAKE V PROIZVODNEM PROCESU Odkrivanje nepravilnosti, napak in motenj v procesu je pogosto zelo težavno in zahteva poglobljeno analizo delovanja celotnega proizvodnega procesa. Obrazec, ki je priložen v nadaljevanju, in v katerega vpisujemo napake in predloge za izboljšavo, je zelo univerzalen in je primeren ne samo za postopke tlačnega litja termoplastov, ampak za katerekoli tehnološke procese (preoblikovanje pločevine, površinska obdelava itn), saj povsod nastopajo enaki elementi procesa. V obrazcu označimo tiste elemente procesa, ki jih obravnavamo.

224

~ N A P A K E

Podjetje

P R I

B R I Z G A N J U ~

NAPAKE V PROIZVODNEM PROCESU

Material – Orodje – Stroj – Izdelek – Naprava – Energetski sistemi – Tehnol. postopek Št.:

☐

NAZIV

Stran: 1 / KODA

Č. Izdelek Del A. Material

B. Orodje C. Stroj D. Naprava E. Energetski sistem F. Tehnološki post. Št. gnezd

Oznaka variante:

Skica

Poz.

Koda

Vrsta napake na izdelku

Vzrok in odpravljanje napak pri elementih procesa

Izdelal:

Dopolnil:

Odobril:

Številka:

Dne:

Spremembe :

225

~ N A P A K E

P R I

B R I Z G A N J U ~ Napake v proizvodnem procesu, stran: 2 /

Poz.

226

Koda

Vrsta napake na izdelku

Vzrok in odpravljanje napak pri elementih procesa

LITERATURA /1/ /2/ /3/ /4/ /5/ /6/ /7/ /8/ /9/ /10/ /11/ /12/ /13/ /14/ /15/ /16/ /17/ /18/ /19/ /20/ /21/ /22/ /23/ /24/ /25/ /26/ /27/ /29/ /30/ /31/ /33/ /35/ /42/ /45/ /50/ /51/

Diakon Spritzgiessverarbeitung – Technisches Merkblatt, DN 20 – b – 1983 Degalan – Formmassen für Spritzguss und Extrusion Lergangsunterlagen – Mannesman Demag KT – 1989 Spritzen – Kurz und bündig – Mannesman Demag KT – 1985 Plexiglas – Formmasse, Röhm Kunststoffe Verarbeitungsdaten für den Spritzgiesser, Bayer Thermoplaste Hinweise für den erfolgreiche Spritzgiessverarbeitung – G.E.P. – Thermoplaste Resarit – Acryl Formmassen, Verarbeitungsrichtlinien Precizno brizganje Delrin acetalnih granula – DuPont Spritzgiessen, Bayer Thermoplaste Kistler, Betriebs - und Serviceanleitung Betriebsanleitung für Mannesmann Demag – Spritzgiessmaschinen Ankerwerk : Spritzgiessen – Sonderdruck – 1976 Krauss Maffei BASF Bayer – Praksis Information PI 047 – 1991 Bayer – Makrolon – KL 41311 – 1973 Bayer – Verarbeitungsdaten für den Spritzgiesser – KU 40260 – 1997 Bayer – Anwendungstechnische Information ATI 765 – 1992 Martin Bichler – Demag KT – Kunststoffteile fehlerfrei Spritzgiessen - 1999 Hoechst ETH Zürich, IMEST-ST Heute, Ankerwerk Nürnberg, 1969 G.E.P.: Hinweise für den erfolgreiche Spritzgießverarbeitung EMS-Chemie, 1997 Rhone-Paulenc: Technyl, Techster-Gestaltung von Formteilen R. Sontag: Leistungsbestimmung von Spritzgiessmaschinen; »Kunststoff und gummi« 1965/3-Sonderdruck:Ankerwerk Nurnberg M. Horndasch: Kalkulation von Spritzgussteilen; »Plastverarbeiter 1968/11 Sonderdruck: Ankerwerk Nurnberg Demag KT: Spritzgiessen-Kurz un bundig, 1996 Demag KT - Ankerwerk: Spritzgiessen - Sonderdruck, 1976 D. Schauf, Bayer: Zusammenhange zwischen Schwindung, Orientierung, Toleranzen und Verzug bei der Herstellung von Formteilen (KU 47.327), 1986 vir neznan Heinz-Dieter Stank: Anforderungen an der Anguss, seine Aufgaben, Anforderungen an Spritzgussteil, 1975 Weka Fachverlag für technische Führungskräfte GmbH: Gestalltung von Spritzgießteilen, Oktober 2000 Gottfried W. Ehrenstein: Mit Kunststoffen konstruieren Peter Jung, Herbert Patzschke: Spritzgießen von Thermoplasten, Leibzig 1988.

227

/52/ /60/ /61/

Saechtling: Kunststoff Taschenbuch, 27. Ausgabe, Hanser, Wien 1998 A. Leveque: Amorphe und kristaline /olimere im Vergleich, Plastverarbeiter 1992/9 Rudi H. Keuerleber, Peter J. Cloud, Mark A. Wolverton - L.N.P.-Corporation, Malvern, PA/USA:Voraussagbares Schrumpf-und Verzugsverhalten bei verstärkten und gefülten Thermoplasten; Plastverarbeiter 1979/11. /62/ D. B. Schulz: Untersuchungen zum Präzisionsspritzgießen mit Acetal-Copolimerisat auf einer prozeßgesteuerten Spritzgießmaschine.; Plastverarbeiter 1979/1 /63/ Saturnus AO, Ljubljana /64/ K.I.M.W GmbH, Kunstoff Institut Lüdenscheid /65/ LIV Postojna /66/ Lanxess GmbH-de /67/ Arno Hörburger,Hoechst: Heißkanalsysteme für technische Thermoplaste, Plastverarbeiter 1959/11 /68/ Voraussagbares Schrumpf-und Verzugsverhalten bei verstärkten und gefülten Thermoplasten, Plastverarbeiter 1979/11 /69/ Weka Fachverlag, Gestalltung von Spritzgießteilen, 10.2000.) /70/ Von Prof. Dr.-Ing. H. Wiegand und Dipl. -Ing . H. Wetter: Molekulare Orientierung in Spritzgußteilen als Folge der Verarbeitung, Kunststoffe 1966/11 /71/ Von Dr. W. Knappe: Die Festigkeit thermoplastischer Kunststoffe in Abhängigkeit von den Verarbeitungsbedingungen, Kunstsoffe 1961/9 /72/ Von Dr. J. Dasch: Einfluß der Gestalt des Prüfkörpers auf die Festigkeit von Thermoplasten, Kunststoffe 1968/11 /73/ Von Prof. Dr.-Ing. S. Wintergerst: Orientierungen und Spannungen in Spritzgußteilen; Kunststoffe 1973/10 /74/ Dr.-Ing. G. Wübken: Eigenspannungen in Spritzgußteil; Plastverarbeiter 1975/1 /75/ G. Hartman, G.-W. Ehrenstein: Spannungsrißbildung bei Thermoplastischen Kunststoffen, Plastverarbeiter 1990/12 /76/ Dieter Bürkle, Lyon-Balan: Messen von Eigenspannungen in Kunstoff-Spritzgußteilen, Kunststoffe 1975/1 /77/ Methoden zur Ermittlung der Spannungsverteilung in belasteten Formteilen, Plastverarbeiter 1979/6 /130/ DuPont: Crastin, Verarbeitungshandbuch, 1993

228

Pooblaščeni zastopnik KMS, d.o.o. T +386 (0)4 251 61 50 Info@kms.si www.kms.si

KMS zastopa tudi sledeče znamke

Ekskluzivni zastopnik nemškega podjetja za Slovenijo, Hrvaško in BIH V enem programu vse tri tehnologije: BRIZGANJE, EKSTRUZIJA IN REAKCIJSKA TEHNIKA Našim kupcem ponujamo tudi: - stroje za brizganje gume LWB - opremo za avtomatizacijo kot so dozirne, mešalne, sušilne in transportne naprave Colortronic - temperirne naprave Single - naprave za industrijsko hlajenje, izrabo toplote, klimatizacijo in prezračevanje ter čiste sobe ONI - visokoprecizne stroje za brizganje plastike Netstal

RAZMIŠLJAJTE EKOLOŠKO, UKREPAJTE MODRO

Stroji za brizganje plastike

Avtomatizacija in proizvodnje celice

Priprava in transport materiala za predelavo

Gravimetrični mešalniki

Volumetrični in gravimetrični dozatorji

Reciklažna tehnologija

Počasi tekoči mlini ob stroju za plastiko

Čistilni materiali za polže

Vakuumska tehnika, prijemalna tehnika

Rešitve hlajenja v industriji

Temperirne naprave in pretočni regulatorji

Mešalni silosi

TOP TEH, d.o.o., Cesta Toneta Kralja 26, 1290 Grosuplje, Slovenija Tel.: +386 1 787 16 61 | Faks: +386 1 787 16 62 | El. naslov: info@topteh.si | Splet: www.topteh.si

NEPOGREŠLJIV VIR INFORMACIJ ZA STROKO Predstavitev strokovnih prispevkov

Strokovna razstava I Aktualna okrogla miza Podelitev priznanja TARAS

FORUM ZNANJA IN IZKUŠENJ Dogodek je namenjen predstavitvi dosežkov in novosti iz industrije, inovacij in inovativnih rešitev iz industrije in za industrijo, primerov prenosa znanja in izkušenj iz industrije v industrijo, uporabe novih zamisli, zasnov, metod tehnologij in orodij v industrijskem okolju, resničnega stanja v industriji ter njenih zahtev in potreb, uspešnih aplikativnih projektov raziskovalnih organizacij, inštitutov in univerz, izvedenih v industrijskem okolju, ter primerov prenosa uporabnega znanja iz znanstveno-raziskovalnega okolja v industrijo.

Priznanje TARAS za najuspešnejše sodelovanje znanstvenoraziskovalnega okolja in gospodarstva na področju inoviranja, razvoja in tehnologij.

www.forum-irt.si Dodatne informacije: Industrijski forum IRT, Motnica 7 A, 1236 Trzin tel.: 01 5800 884 I faks: 01 5800 803 I e-pošta: info@forum-irt.si Organizator dogodka: PROFIDTP, d. o. o., Gradišče VI 4, 1291 Škofjica Organizacijski vodja dogodka: Darko Švetak, darko.svetak@forum-irt.si

Pod Hruševco 46 c, 1360 Vrhnika, Slovenija, Tel.: 01/ 565 94 40, Fax: 01/ 565

Pod Hruševco 46 c, 1360 Vrhnika, Slovenija, Tel.: 01/ 565 94 40, Fax: 01/ 565 95 80, E-mail: info@

0, Fax: 01/ 565 95 80, E-mail: info@uniplast.si, www.uniplast.si

2018

Pod Hruševco 46 c, 1360 Vrhnika, Slovenija, Tel.: 01/ 565 94 40, Fax: 01/ 565 95 80, E-mail: info@uniplast.si, www.uniplast.si

Pod Hruševco 46 c, 1360 Vrhnika, Slovenija, tel.: 01/565 94 40, fax: 01/565 95 80 e-mail: info@uniplast.si, www.uniplast.si

Stroji za brizganje plastike od 10 - 100 ton zapiralne sile in kapacitete brizganja do 252 gr PS.

18 Servis strojev Rezervni deli strojev

2 018

2018

Dozirni in sušilni sistemi.

Transporterji materiala Dozatorji Mešalci barv Sušilci materiala Centralno sušilni-dozirni sistem

Temperirne naprave na vodo in olje do 350°C. Temperiranje z vodo do 90°C Tlačne naprave - voda do 160°C Olje do 150°C oziroma do 350°C Pribor za spajanje naprave z orodjem Sredstvo za odstranjevanje kotlovca Sredstvo za čiščenje oljnih sistemov

Pod Hruševco 46 c, 1360 Vrhnika, Slovenija, Tel.: 01/ 565 94 40, Fax: 01/ 565 95 80, E-mail: info@uniplast.si, www.uniplast.si

Transportni trakovi, separatorji, mešalci.

Linearni roboti, pickerji.

2018

ZMORE VELIKO POTREBUJE MALO

PRIHRANI DENAR IN IZPOLNI PRIČAKOVANJA

NA ELEKTRIČNI POGON IZVRSTEN HITER

RUTINIRAN

Vaš vstop v svet električnega brizganja: GOLDEN ELECTRIC združuje neprekosljivo kakovost naše hidravlične serije GOLDEN EDITION z učinkovitostjo električnega pogona. Za vaše zadovoljstvo in zadovoljstvo vaših strank. www.arburg.com

Vaš pravi razvojni partner!

ˇ VISOKOTEHNICNI MATERIALI

ˇ TEHNICNI MATERIALI

STANDARDNI MATERIALI

ˇ ELASTICNI MATERIALI

Biesterfeld Interowa GmbH & Co KG · Tel: 00386 / 7 / 343 47 60 · Fax: 00386 / 7 / 304 77 35 Toni Kotar - t.kotar@biesterfeld.com · David Kapš - d.kaps@biesterfeld.com Obišcite ˇ našo spletno stran: www.interowa.com · www.biesterfeld.com

Eno podjetje za vse rešitve. www.wittmann-group.com

ROBOS d.o.o. Pot na Debeli hrib 50 | SI-1291 Škofljica Tel: 01 7888 535 | Fax: 01 7888 531 | Mobi: 041 779 019 www.robos.si | info@robos.si

world of innovation

ZNIŽAJTE STROŠKE PROIZVODNJE IN ZMANJŠAJTE TVEGANJA PRI RAZVOJU IZDELKOV.

Analiza vibracij stranice pralnega stroja (Abaqus MKE)

Odprava prekomernih deformacij ohišja oljnega ﬁltra (Moldﬂow)

Meritve vzorca iz proizvodnje

TECOS - RAZVOJNI CENTER ORODJARSTVA SLOVENIJE www.tecos.si

cae@tecos.si

03 490 09 20

MOLD MASTER je eden največjih proizvajalcev toplo-kanalnih sistemov in regulacijske tehnike, ki s svojimi sistemi in rešitvami omogoča izdelavo vsakega plastičnega dela, v vseh barvah in kakršnikoli obliki.

DME zagotavlja strankam širom po svetu normalije in komponente za forme, dele za tople in hladne kanale, normalije in komponente za štance ter tehnologije površinske dodelave.

RD PICTA tehnologije d.o.o. Žolgarjeva ulica 2, 2310 Slovenska Bistrica, Slovenija +386 59 969 117 • info@picta.si

THE FACTORY AUTOMATION COMPANY

ROBOSHOT α

Vrhunski stroj za injekcijsko brizganje plastike

Zapiralna sila 15-450 t

Konektorji

Optika

Medicina

Energetska učinkovitost Največja natančnost in zanesljivost! WWW.FANUC.EU

80% manjša poraba el. energije kot primerljivi hidravlični stroji

20% manjša poraba el. energije kot primerljivi električni stroji

Izberite zeleno rešitev … … z energijsko učinkovitimi stroji, največjega proizvajalca strojev za brizganje plastike

Serija Mars II

Svetovno najbolj prodajana serija strojev z inovativnim servo-hidravličnim pogonom Haitian Mars II od 600 do 40.000 kN

Serija Jupiter II

Dvoploščna rešitev z Mars tehnologijo Haitian Jupiter II od 4.500 do 66.000 kN

Serija Venus II

V celoti električni stroj po atraktivni ceni Zhafir Venus II od 400 do 8.000 kN

Serija Zeres

Nadgradnja električnega stroja s serijsko vgrajenimi hidravličnimi funkcijami, cenovno ugodnejši od serije Venus II Zhafir Zeres od 400 do 13.800 kN

Ekskluzivni prodajni in servisni zastopnik največjega svetovnega proizvajalca strojev za brizganje plastike HAITIAN v Sloveniji: Iskra AMS d.o.o. Savska loka 4, 4000 Kranj Telefon: +386 (0)4 237 55 03 Mobi: +386 40 666 089 E-mail: info@iskra-ams.si

Kompoziti, masterbatchi in storitve

PA6

PA66

SAXAMIDTM

PP-H

PP-C

POM

Mešanice

Batch

SAXALENTM

SAXAFORMTM

SAX BLENDSTM

SAX BATCHTM

Široko paleto plastičnih kompozitov lahko popolnoma prilagodimo potrebam naročnika z direktnim barvanjem, obdelavo površine in ojačitvami. SAX® Polymers ponuja steklena vlakna, steklene kroglice, UV zaščito, zaviralce gorenja, barve, vse vrste učinkov in še veliko več – vse na enem mestu. Najsodobnejši dvopolžni ekstruderji omogočajo predelavo vseh vrst termoplastičnih materialov v kompozite visoke kakovosti.

oﬃce@saxpolymers.com | www.saxpolymers.com

Indstrijski materiali SAXAPLAST TM

DANES NAROČENO – TAKOJ IZDOBAVLJENO VEČ KOT 85.000 IZDELKOV NA RAZPOLAGO

SPLAČA SE BITI NAROČNIK

UGODNOSTI ZA NAROČNIKE REVIJE

ZA SAMO 50€ DOBITE: • celoletno naročnino na revijo IRT3000 (10 številk) • strokovne vsebine na več kot 140 straneh • vsakih 14 dni e-novice IRT3000 na osebni elektronski naslov

JAN FEB MAR APR

MAJ

JUL/AVG OKT

JUN SEP

NOV/DEC

VSEBINA PO MESECIH

• možnost ugodnejšega nakupa strokovne literature Utrip doma Orodjarstvo in strojegradnja Nekovine Napredne tehnologije Utrip doma Proizvodnja in logistika Spajanje, materiali in tehnologije Vzdrževanje in tehnična diagnostika

NAROČITE SE! Vsak novi naročnik prejme majico in ovratni trak

01 5800 884 info@irt3000.si www.irt3000.si/narocam

WWW.IRT3000.COM

POKROVITELJI

KMS, d.o.o. Poslovna cona A 34, 4208 Šenčur

TERA, d.o.o. Tolmin Volče 138a 5220 Tolmin

TOP TEH, d.o.o. Cesta Toneta Kralja 26 1290 Grosuplje

Industrijski forum IRT Motnica 7 A 1236 Trzin

Uniplast inženiring, d.o.o. Pod Hruševco 46 c 1360 Vrhnika

BASF Slovenija, d.o.o. Dunajska cesta 111 1000 Ljubljana

ARBURG GmbH+Co KG Postfach 1109 D-72286 Lossburg, Nemčija

Biesterfeld Interowa GmbH & Co KG Bräuhausgasse 3 1050 Wien, Avstrija

ROBOS, d.o.o. Brnčičeva 31 1231 Ljubljana – Črnuče

TECOS Kidričeva ulica 25 3000 Celje

LAKARA, d.o.o. Zminec 20A 4220 Škofja Loka

RD PICTA tehnologije d.o.o. Žolgarjeva ulica 2 2310 Slovenska Bistrica

FANUC Adria d.o.o. Ipavčeva 21 3000 Celje

KERN d.o.o. Hrpelje 41 6240 Kozina

Iskra AMS d.o.o. Savska loka 4 4000 Kranj

SAX Polymers Industrie GmbH Lichtblaustraße 8 1220 Dunaj, Avstrija

Meusburger Georg GmbH & CO KG Kesselstr. 42 6960 Wolfurt, Avstrija

PROFIDTP, d.o.o. Gradišče VI 4 1291 Škofljica

HENRIK PRIVŠEK • MATJAŽ ROT AVTOR

UREDNIK

UMETNOST BRIZGANJA Knjiga Umetnost brizganja obravnava področje termoplastov in njihovega preoblikovanja. Nastala je z namenom zapolnitve literaturne vrzeli na področju predelave termoplastov in sicer tehnologije brizganja. Medtem ko je v tujih jezikih na voljo izredno veliko literature na temo preoblikovanja plastičnih mas v industriji, je v Sloveniji ravno obratno - vlada velika praznina. Knjiga Umetnost brizganja je torej prvi korak k izpopolnjevanju znanja s področja dela s termoplasti. V njej bo bralec našel več kot le osnove brizganja, saj je napisana z namenom, da deluje kot priročnik tipa vse-v-enem.