معالجة البلاستيك بالحرارة المقولب بالحقن
يستخدم صب حقن البلاستيك المتصلد بالحرارة برغيًا أو مكبسًا لدفع البوليمر عبر برميل ساخن (120-260 درجة فهرنهايت) لتقليل اللزوجة ثم حقنه في قالب ساخن (300-450 درجة فهرنهايت). بمجرد أن تملأ المادة القالب، يتم ضغطها. في هذا الوقت، يحدث تشابك كيميائي، مما يتسبب في تصلب البوليمر. يمكن إخراج المنتج الصلب (أي المُعالج) من القالب وهو ساخن، ولا يمكن إعادة تشكيله أو إعادة صهره.
تحتوي معدات القولبة بالحقن على جهاز تثبيت يتم تشغيله هيدروليكيًا لإغلاق القالب وجهاز حقن يمكنه نقل المادة. يتم استخدام معظم المواد البلاستيكية المتصلدة بالحرارة في شكل حبيبات أو رقائق، والتي يمكن تغذيتها في جهاز الحقن اللولبي بواسطة قادوس الجاذبية. عند معالجة مركب صب البوليستر السائب (بي إم سي)، فإنه يشبه"خبز العجين"ويستخدم مكبس التغذية للضغط على المادة في أخدود الخيط.
البوليمرات التي تتم معالجتها بهذه العملية هي (حسب الكمية)؛ الفينول، بوليستر بي إم سي، الميلامين، الإيبوكسيات، بلاستيك اليوريا فورمالدهايد، بوليمرات فينيل إستر وفثالات ثنائي الأليل (حزب العمل الديمقراطي).
تحتوي معظم المواد المتصلدة بالحرارة على كميات كبيرة من مواد الحشو (تصل إلى 70% من الوزن) لتقليل التكلفة أو تحسين الانكماش المنخفض أو القوة أو الخصائص الخاصة. تشمل الحشوات الشائعة الألياف الزجاجية والألياف المعدنية والطين وألياف الخشب وأسود الكربون. يمكن أن تكون هذه الحشوات شديدة الكشط وتنتج لزوجة عالية يجب التغلب عليها بواسطة معدات المعالجة.
يعالج
سوف تنخفض اللزوجة عند تسخين كل من اللدائن الحرارية والمواد المتصلدة بالحرارة. ومع ذلك، فإن لزوجة المواد المتصلدة بالحرارة تزداد مع مرور الوقت ودرجة الحرارة بسبب التفاعلات الكيميائية المتشابكة. والنتيجة المجمعة لهذه التأثيرات هي منحنى اللزوجة على شكل حرف U مع مرور الوقت ودرجة الحرارة. إن الهدف من قولبة الحقن بالحرارة هو إكمال عملية ملء القالب في منطقة اللزوجة الأقل لأن الضغط المطلوب لتشكيل المادة في شكل القالب هو الأدنى. وهذا يساعد أيضًا على تقليل الضرر الذي يلحق بالألياف الموجودة في البوليمر.
تستخدم عملية القولبة بالحقن لولبيًا لتحريك المادة عبر برميل ساخن، والذي يقوم بتدوير الماء أو الزيت في غلاف حول البرميل. يمكن تصميم المسمار لكل نوع من المواد وضغطه قليلاً لإزالة الهواء وتسخين المادة لتحقيق لزوجة منخفضة. تتدفق معظم المواد المتصلدة بالحرارة بشكل جيد هنا.
تتمثل عملية إدخال المادة في القالب في إيقاف دوران المسمار ودفع المسمار للأمام بسرعة عالية باستخدام الضغط الهيدروليكي لإجبار المادة البلاستيكية منخفضة اللزوجة على دخول القالب. يتطلب هذا التدفق السريع ملء تجويف القالب خلال 0.5 ثانية ويجب أن يصل الضغط إلى 193MPa. بمجرد ملء تجويف القالب، يولد التدفق عالي السرعة للمادة حرارة احتكاك أكبر لتسريع التفاعل الكيميائي.
بمجرد ملء تجويف القالب، سينخفض ضغط الحقن إلى ضغط تثبيت يبلغ 34.5-68.9MPa. يتم الحفاظ على هذا الضغط على المادة لمدة 5-10 ثوانٍ، ثم يتم تحرير الضغط وتبدأ مرحلة التلدين في الدورة التالية.
يتم حفظ المادة في القالب الساخن حتى تتصلب، ومن ثم يتم فتح جهاز التثبيت لإخراج المنتج. قد يكون المنتج غير معالج قليلًا ولينًا قليلًا عند إخراجه للتو. يتم الانتهاء من المعالجة النهائية خلال دقيقة أو دقيقتين بعد الإزالة باستخدام الحرارة المحتجزة داخل المنتج. تتراوح دورة الإنتاج الكاملة للمنتجات المتصلدة بالحرارة من 10 إلى 120 ثانية، اعتمادًا على سمك المنتج ونوع المواد الخام.
يتم استخدام العديد من التقنيات المختلفة والمتخصصة لتحسين جودة المنتج وقابليته للتكرار. ونظرًا لأن بعض البوليمرات المتصلدة بالحرارة تنتج غازًا عند تسخينها، فغالبًا ما تحدث عملية انكماش بعد ملء القالب جزئيًا. في هذه الخطوة، يتم فتح القالب قليلاً للسماح للغاز بالخروج، ثم يتم إغلاقه بسرعة لحقن المادة المتبقية.
يوفر قولبة الحقن قوة أعلى، وتحكمًا أفضل في الأبعاد، وحالة سطحية (مظهر) محسنة، والتي يتم الحصول عليها باستخدام قالب ذو تجويف غشاء تلسكوبي ونواة غشاء. يمكن فتح القالب بمقدار 1/8-1/2 بوصة أثناء عملية الحقن ومن ثم ضغطه بسرعة، تمامًا كما لو كان القالب مغلقًا.
يمكن تجهيز مركبات القولبة المتكاملة المصنوعة من الألياف الزجاجية والحشو وراتنجات البوليستر غير المشبعة بمعدات متخصصة إضافية على الماكينة لإكمال قولبة الحقن. يتم توصيل وحدة تغذية المكبس بالبرميل لإجبار التغذية، والتي يمكن بعد ذلك تشغيلها بطريقتين مختلفتين. يحتوي أحدهما على برغي ترددي تقليدي يدفع المادة للأمام أثناء خلطها وتسخينها. وهذا يتطلب صمام فحص في نهاية المسمار. منع المادة من التدفق مرة أخرى إلى الخيوط اللولبية لأن لزوجة المادة منخفضة جدًا. هناك طريقة أخرى وهي استخدام المكبس أو المكبس للضغط على المادة داخل تجويف القالب. غالبًا ما يتم استخدام المكبس للمواد التي تحتوي على أكثر من 22% من وزن الألياف الزجاجية لأنها أقل ضررًا للألياف ويمكنها أيضًا الحصول على قوة أعلى.
طريقة المعالجة الأخرى التي تم استخدامها لأول مرة لقولبة البلاستيك بالحرارة هي قولبة الضغط وقولبة النقل. بالمقارنة معهم، مزايا وعيوب صب الحقن هي كما يلي:
مزايا القولبة بالحقن على القولبة بالضغط هي: دورة قولبة أسرع (2 إلى 3 مرات) أتمتة العملية؛ تغييرات أقل في المنتج؛ انخفاض تكاليف العمالة. قدرة إنتاجية عالية.
عيوب القولبة بالحقن مقارنة بالقولبة بالضغط هي: معدات أعلى واستثمار القالب؛ يمكن لقولبة الضغط الحصول على قوة منتج أعلى وتشطيب أفضل للسطح.
تتمثل مزايا الصب بالقالب بشكل عام بين قولبة الحقن وقولبة الضغط.
معدات
تشمل العوامل المهمة في اختيار معدات قولبة حقن البلاستيك بالحرارة ما يلي: سعة جهاز تثبيت القالب وقدرة قولبة الحقن؛ نظام التحكم ودرجة حرارة البرميل.
يجب أن يعتمد اختيار جهاز تثبيت القالب مع ضغط الإغلاق بالأطنان على منطقة التشكيل المتوقعة المحددة للمنتج وقناة التدفق. يمكن أن تكون الحمولة المطلوبة من 1.5 إلى 5 طن/بوصة2، اعتمادًا على مدى تعقيد المنتج المصبوب والمواد الخام المستخدمة. حجم المعدات يتراوح بين 30 و3000 طن، والمعدات الأكثر شيوعًا تتراوح بين 100 و600 طن. يعد سمك اللوحة الفولاذية وصلابة الماكينة أمرًا مهمًا للغاية. تقليل تشوه الانحناء أثناء الحقن، مما يجعل من الصعب إزالة الفائض.
يجب تحليل قدرة الحقن في الماكينة بناءً على الحد الأقصى لضغط الحقن المطلوب لملء القالب وحجم المادة في نظام التجويف وقناة التدفق. يتراوح ضغط الحقن المطلوب من 96.5 ميجا باسكال لمركبات القولبة المتكاملة للبوليستر إلى 207 ميجا باسكال لبعض المواد البلاستيكية الفينولية المتخصصة. غالبًا ما تتم الإشارة إلى سعة حقن الماكينة من خلال الحجم النظري (مساحة المسمار أو المكبس المحقون مضروبة في السكتة الدماغية).
بشكل عام، يتم تحديد قدرة المعدات بنسبة 85% من حجم المنتج الذي يمكن للمعدات إنتاجه. عندما تتم الإشارة إلى المعدات من خلال القدرة الإنتاجية للبوليسترين، يجب أن يؤخذ في الاعتبار الفرق في الكثافة بينها وبين البلاستيك الحراري عند تحديد القدرة الإنتاجية حسب الوزن الجزئي.
نظام التحكم الشائع الحالي هو التحكم بالكمبيوتر، والذي يمكنه تحديد سرعة الحقن وتحميل الجهاز. برنامج تشغيل العملية، حركة قلب القالب الجانبي إلى القالب، دورة عمل جهاز القاذف والتحكم في درجة حرارة البرميل والعفن. تعد طريقة إعداد وتسجيل تغذية قالب معين ومواد خام محددة بالتسلسل ذات قيمة كبيرة. لأن هناك عددًا كبيرًا من المتغيرات في العملية.
يتم التحكم في درجة حرارة البرميل عن طريق تدفق الماء الساخن عبر الغلاف الذي يغطي البرميل. يتم التحكم في درجة حرارة القالب بشكل شائع عن طريق سخانات التوصيل، ولكن يمكن أيضًا أن يتم ذلك عن طريق البخار أو الزيت الساخن المتداول.
تعتبر درجة حرارة القالب التي يمكن التحكم فيها بدرجة عالية هي الأكثر أهمية للحصول على منتجات موحدة.
تشمل خيارات المعدات الشائعة مغذيات لمركبات القولبة المتكاملة، وأنظمة القوالب سريعة التغيير، وخزانات السوائل الهيدروليكية للحقن السريع، والنوى الجانبية المتصلة بالنظام الهيدروليكي لانزلاق القالب، وأنظمة الالتقاط الآلية، ونفاثات الهواء لإزالة الوميض الناتج أثناء كل قولبة دورة.
نظرًا لانخفاض اللزوجة للبوليمر، فإنه يتدفق إلى طبقة رقيقة على خط الفراق، لذلك غالبًا ما تحتاج المواد البلاستيكية الحرارية النهائية إلى التشذيب لإزالة الوميض. غالبًا ما تتم إزالة الوميض للأجزاء المقولبة عن طريق لف الأجزاء أو تمريرها عبر جهاز حيث تقوم الكريات البلاستيكية عالية السرعة بإزالة طبقة الوميض الهشة.
التطبيقات
تشمل الأسواق الرئيسية للمواد المتصلدة بالحرارة التي يتم إنتاجها عن طريق القولبة بالحقن ما يلي:
صناعة السيارات: أجزاء المحرك، وعاكسات المصابيح الأمامية، وأجزاء الفرامل.
الصناعة الكهربائية: قواطع الدائرة، وعلب المفاتيح، وصانعات الملفات.
الأجهزة المنزلية: ألواح أفران الخبز، وقواعد ماكينة صنع القهوة، ومبدلات المحرك، ومساكن المحركات، ومساكن التخلص من القمامة.
أخرى: أغلفة الأدوات الكهربائية، وأغلفة المصابيح، وعدادات تدفق الغاز، وأدوات المائدة.
