◆Caratteristiche delle tipiche plastiche trasparenti
Materie plastiche trasparenti e loro proprietà di stampaggio a iniezione
Con i continui progressi nella ricerca e nello sviluppo dei materiali, un numero crescente di materiali ottici è adatto alla produzione di prodotti trasparenti. Prendendo ad esempio le lenti ottiche, ampiamente utilizzate in prodotti ottici con requisiti di alta qualità e una complessa tecnologia di stampaggio a iniezione, come mostrato in figura, il materiale per stampaggio a iniezione per lenti in plastica ordinarie viene spesso scelto per il suo basso costo, l'elevata efficienza produttiva, la forte stabilità e l'elevata trasmittanza. Rispetto alle materie prime plastiche per le normali lenti in plastica, i requisiti per i materiali per lo stampaggio a iniezione per le lenti in plastica dell'ottica per immagini sono ancora più severi. Non solo la materia prima plastica deve possedere caratteristiche quali elevata trasparenza, buone proprietà meccaniche, forte stabilità e buona scorrevolezza, ma la selezione del materiale deve anche basarsi su caratteristiche prestazionali specifiche come l'indice di rifrazione.
I materiali di stampaggio a iniezione comunemente utilizzati per l'imaging di lenti ottiche in plastica includono polimetilmetacrilato (PMMA), policarbonato (PC) e polimeri olefinici ciclici (COP). Tra questi, il PMMA ad alta-trasparenza è ampiamente utilizzato nello stampaggio a iniezione di lenti in plastica. Il PMMA viene utilizzato non solo nella produzione di lenti in plastica di grande-diametro di precisione medio-{3}}-{4}bassa, come lenti a condensatore, lenti di Fresnel, lenti di proiezione e lenti per fari automobilistici, ma anche in lenti in plastica ad alta-precisione, come lenti per stampanti laser, lenti per fotocamere, lenti per telefoni cellulari e lenti per lettori CD/DVD. Il PMMA possiede elevata resistenza e durezza, nonché proprietà ottiche come un elevato numero di Abbe e una bassa birifrangenza. Tuttavia, il PMMA presenta ancora diverse sfide come materia prima plastica per lenti ottiche. Ad esempio, in condizioni di umidità, l'assorbimento d'acqua del PMMA provoca cambiamenti nell'indice di rifrazione della lente in plastica, con conseguente espansione del volume e alterazioni delle dimensioni strutturali complessive. Inoltre, la temperatura di transizione vetrosa del PMMA è di 100 gradi e la resistenza al calore delle lenti in plastica è relativamente scarsa, il che limita notevolmente il campo di applicazione del PMMA.
Il policarbonato (PC) è un materiale ottico comunemente utilizzato, ampiamente utilizzato nelle lenti dei fari automobilistici, nelle lenti che diffondono il fascio-e altre lenti ottiche. Il PC possiede elevata trasparenza, resistenza al calore, elevata resistenza e un elevato indice di rifrazione ed è considerato uno dei materiali plastici con la migliore resistenza agli urti. Tuttavia, gli obiettivi per PC presentano ancora notevoli inconvenienti. Ad esempio, il coefficiente fotoelastico delle lenti in PC è molte volte superiore a quello del PMMA, determinando un pronunciato effetto di birifrangenza che incide gravemente sulla qualità dell’immagine ottica della lente in plastica. Inoltre, il materiale PC ha un elevato tasso di restringimento, rendendo le lenti in plastica altamente suscettibili alla deformazione, con un grado di deformazione maggiore rispetto al PMMA.
I polimeri olefinici ciclici (COP) sono polimeri ad anello- sintetizzati utilizzando olefine cicliche come monomeri. I COP possiedono elevata trasparenza, bassa igroscopicità, bassa birifrangenza e buona lavorabilità. Inoltre, i COP mostrano un’eccellente stabilità ambientale, rimanendo strutturalmente invariati anche quando assorbono umidità, e sono spesso utilizzati come sostituti del PMMA nelle plastiche. Tuttavia, i COP sono estremamente costosi, circa dieci volte di più del PMMA. L'utilizzo dei COP come materiale per lo stampaggio a iniezione aumenta significativamente il costo di produzione delle lenti in plastica.
In generale, gli obiettivi in PC presentano una birifrangenza significativa, rendendo difficile garantire la qualità dell'immagine. COP e PMMA offrono vantaggi ineguagliabili in termini di proprietà meccaniche e stabilità strutturale. Tuttavia, il COP è estremamente costoso, poiché aumenta i costi di produzione e viola i principi economici. Il PMMA, d'altro canto, è relativamente poco costoso e dispone di un'ampia offerta di mercato, il che lo rende adatto alla produzione di lenti in plastica ottica per imaging a basso-costo e ad alta-efficienza. Inoltre, le proprietà di fluidità del PMMA possono essere migliorate alterando i parametri del processo di stampaggio a iniezione, consentendo una replica precisa della morfologia superficiale dello stampo a iniezione.
Tecnologia di stampaggio ad iniezione per materie plastiche trasparenti
Perchéplastiche trasparentirichiedono un'elevata trasmissione luminosa, la qualità della superficie dei prodotti in plastica deve essere rigorosamente controllata. Difetti come imperfezioni, pori, sbiancamento, opacità, punti neri, scolorimento e scarsa lucentezza sono inaccettabili. Pertanto, l'intero processo di stampaggio a iniezione richiede un'attenzione meticolosa e requisiti rigorosi, anche specialistici, per le materie prime, le attrezzature, gli stampi e persino la progettazione del prodotto.
In secondo luogo, a causa dell’elevato punto di fusione e della scarsa fluidità della plastica trasparente, sono spesso necessarie regolazioni precise dei parametri di processo come la temperatura della macchina, la pressione e la velocità di iniezione per garantire la qualità della superficie. Ciò garantisce che lo stampo venga riempito completamente senza generare stress interni che potrebbero portare a deformazioni e fessurazioni del prodotto. La sezione seguente analizza le considerazioni chiave riguardanti la preparazione delle materie prime, i requisiti di attrezzature e stampi, i processi di stampaggio a iniezione e la gestione delle materie prime.
Punti tecnici chiave prima dello stampaggio a iniezione
Preparazione ed essiccazione delle materie prime
Poiché anche la minima impurità nella plastica può compromettere la trasparenza del prodotto, è fondamentale mantenere una chiusura ermetica durante lo stoccaggio, il trasporto e l'alimentazione per garantire che le materie prime siano completamente pulite. In particolare, la presenza di umidità nelle materie prime può provocarne il deterioramento in seguito al riscaldamento, per cui è fondamentale un'accurata asciugatura. Durante lo stampaggio a iniezione è necessario utilizzare una tramoggia di essiccazione per l'alimentazione. È inoltre importante notare che l'aria introdotta durante il processo di essiccazione dovrebbe idealmente essere filtrata e deumidificata per prevenire la contaminazione delle materie prime.
Pulizia canna, vite e accessori
Per prevenire la contaminazione delle materie prime e l'accumulo di materiale vecchio o impurità nella vite e nei suoi accessori, è necessario prestare particolare attenzione ad evitare la ritenzione di materiale vecchio con scarsa stabilità termica. Prima e dopo l'uso, la macchina per lo stampaggio a iniezione deve essere pulita accuratamente con un detergente per viti per garantire che tutti i componenti di iniezione siano privi di impurità. Se non è disponibile un detergente per viti, è possibile utilizzare plastica PE o PS per pulire la vite. Durante le fermate temporanee, per prevenire il degrado causato dall'esposizione prolungata della materia prima alle alte temperature, le temperature dell'essiccatore e della botte dovrebbero essere abbassate. Se si producono PC, PMMA o altra plastica, la temperatura del cilindro deve essere ridotta al di sotto di 160 gradi. Inoltre, quando si utilizza il PC come materia prima, la temperatura di essiccazione della tramoggia deve essere ridotta al di sotto di 100 gradi.
Problemi da considerare nella progettazione dello stampo (inclusa la progettazione del prodotto)
Per prevenire uno stampaggio della plastica di scarsa qualità, difetti superficiali e deterioramento causati da una scarsa rifusione o da un raffreddamento non uniforme, durante la progettazione dello stampo è generalmente necessario considerare i seguenti punti.
01
Lo spessore della parete dovrebbe essere il più uniforme possibile e l'angolo di sformo dovrebbe essere sufficientemente ampio.
02
La sezione di transizione deve essere arrotondata gradualmente e in modo uniforme per evitare angoli e spigoli vivi, soprattutto per i prodotti PC, che devono essere privi di tacche.
03
Il cancello e la guida dovrebbero essere quanto più larghi e corti possibile e la posizione del cancello dovrebbe essere impostata in base al processo di ritiro e solidificazione. Se necessario, è necessario aggiungere un pozzetto freddo.
04
La superficie dello stampo deve essere liscia con una bassa rugosità (preferibilmente inferiore a 0,8 µm).
05
Devono essere presenti prese d'aria e canali sufficienti per rimuovere tempestivamente aria e gas dal materiale fuso.
06
Ad eccezione del PET, lo spessore della parete non deve essere troppo sottile, generalmente non inferiore a 1 mm.
Problemi da considerare nei processi di stampaggio a iniezione (compresi i requisiti della macchina per stampaggio a iniezione)
Per ridurre lo stress interno e i difetti di qualità superficiale, nel processo di stampaggio a iniezione è necessario considerare i seguenti aspetti:
Utilizza una macchina per lo stampaggio a iniezione con una vite dedicata e un ugello separato-a temperatura controllata.
01
Temperatura di iniezione: è preferibile una temperatura di iniezione più elevata, a condizione che la resina plastica non si decomponga.
02
Pressione di iniezione: generalmente più elevata per superare l'elevata viscosità del materiale fuso, ma una pressione eccessiva può generare stress interno, causando difficoltà di sformatura e deformazione.
03
Velocità di iniezione: generalmente inferiore, garantendo al tempo stesso il riempimento dello stampo, idealmente utilizzando un metodo di iniezione multi-stadio lento-veloce-lento.
04
Tempo di permanenza e ciclo di stampaggio: più brevi, garantendo al tempo stesso il riempimento del prodotto e prevenendo segni di ristagno e bolle, per ridurre al minimo il tempo di permanenza del materiale fuso nel cilindro.
05
Velocità della vite e contropressione: quanto più basse possibile, garantendo al tempo stesso la qualità della plastificazione, per ridurre la possibilità di delaminazione.
06
Temperatura dello stampo: la qualità del raffreddamento del prodotto ha un grande impatto, quindi la temperatura dello stampo deve essere controllata con precisione. Se possibile, la temperatura dello stampo dovrebbe essere più alta.
07
Altri problemi
Per prevenire il deterioramento della qualità della superficie, gli agenti distaccanti dovrebbero essere usati con parsimonia durante lo stampaggio a iniezione; la quantità di materiale riciclato non deve superare il 20%. Ad eccezione del PET, tutti i prodotti dovrebbero essere sottoposti a post-trattamento per alleviare lo stress interno. Il PMMA deve essere asciugato con circolazione di aria calda a 70–80 gradi per 4 ore; Il PC deve essere riscaldato in aria pulita, glicerina, paraffina liquida, ecc., a 110–135 gradi per un tempo a seconda del prodotto, a volte richiedendo più di 10 ore. Il PET deve essere sottoposto a un processo di stiramento biassiale per ottenere buone proprietà meccaniche.
