TermoplasticoMateriali- Caratteristiche e proprietà, I materiali termoplastici sono divisi in due categorie principali in base alla loro resistenza al calore e alle loro caratteristiche: materiali termoplastici-resistenti al calore e materiali termoplastici-per uso generale.
Tipi e proprietà delle materie plastiche:
△Trasformazioni termodinamiche delle materie plastiche
I materiali termoplastici-resistenti al calore possono essere stampati in parti in plastica-di forma fissa ad alte temperature e mantengono una forma fissa dopo il raffreddamento. Se riscaldati nuovamente, possono ammorbidirsi e fluire ed essere nuovamente modellati in parti in plastica di forma fissa-attraverso una lavorazione ripetuta - questo è reversibile. Poiché i materiali termoplastici non subiscono cambiamenti chimici fondamentali durante il processo di stampaggio, i materiali di scarto possono essere riciclati e riutilizzati, il cosiddetto "materiale secondario" o "rimacinato".
I materiali termoplastici subiscono cambiamenti fisici durante lo stampaggio, il che significa che semplicemente non possono cambiare il loro stato originale quando riscaldati, ma rimangono amorfi e incapaci di fluire dopo il raffreddamento. Pertanto, i materiali termoplastici non possono essere riscaldati e rimodellati ripetutamente, quindi gli scarti dei materiali termoplastici generalmente non possono essere riutilizzati.
Questo libro tratta principalmente della "plastica" - esclusa la gomma, anch'essa un materiale termoplastico.
Rispetto ai processi di stampaggio della plastica, sebbene lo stampaggio a iniezione presenti diverse capacità e vantaggi unici, presenta anche alcuni difetti e carenze intrinseche. Comprendere le principali caratteristiche dello stampaggio a iniezione di materie plastiche è il prerequisito e la garanzia per una corretta progettazione dello stampo e il miglioramento della qualità delle parti stampate.
(1) Restringimento
Se le parti in plastica riescono a mantenere la stabilità dimensionale in condizioni di temperatura normali quando vengono stampate dalla cavità dello stampo e raffreddate a temperatura ambiente, le dimensioni saranno leggermente inferiori rispetto alla cavità dello stampo originale. Questa caratteristica è chiamata ritiro e può essere compensata attraverso il controllo della temperatura di stampaggio.
Questo restringimento non è causato solo dall'espansione e dalla contrazione termica della plastica stessa, ma è anche correlato a varie condizioni del processo di stampaggio e a fattori di progettazione dello stampo. Dopo che la plastica si è raffreddata, il tasso di ritiro della parte corrisponde al ritiro dello stampaggio, che può essere ridotto o migliorato attraverso la regolazione dei parametri di processo o piccoli cambiamenti nelle dimensioni della cavità dello stampo.
Le parti in plastica subiscono un restringimento secondario per un periodo di tempo dopo lo stampaggio, noto anche come restringimento post-stampaggio,pur mantenendo le stesse condizioni di stampaggio:
① Il restringimento delle parti in plastica non è uniforme. Poiché il tasso di ritiro termico della plastica cambia con le condizioni fisiche e chimiche nelle diverse parti interne, il tasso di ritiro delle parti in plastica dopo il raffreddamento a temperatura ambiente varia in termini di dimensioni e non è completamente uniforme. Pertanto, dovrebbero esserci alcune limitazioni sulla precisione dimensionale dello stampaggio delle parti in plastica e la precisione dovrebbe essere adeguatamente migliorata attraverso la progettazione dello stampo.
② Il post-restringimento delle parti in plastica. Durante il processo di stampaggio, a causa di varie sollecitazioni interne, reazioni chimiche e varie forze esterne - principalmente pressione di stampaggio - la parte in plastica continua ad esistere dopo lo stampaggio con stress residuo. Dopo lo stampaggio, a causa di vari effetti di stress residuo, la dimensione della parte in plastica continua a cambiare leggermente dopo la produzione. Generalmente, la maggior parte delle parti stampate si stabilizza entro 10 ore dallo stampaggio e sostanzialmente dopo 24 ore, ma sono necessari più di 10 giorni per stabilizzarsi completamente.Prestare attenzione e adottare le misure di modellatura corrispondentiè la chiave per controllare il ritiro post-stampaggio.
Per stabilizzare le dimensioni finali delle parti in plastica dopo lo stampaggio, a volte è necessario un trattamento termico dopo lo stampaggio. Il trattamento termico permette di mantenere il materiale termoplastico ad una certa temperatura provocandone un rammollimento; la rimozione delle forze esterne sul ritiro dello stampaggio consente un'adeguata compensazione interna dopo lo stampaggio, che può ridurre le dimensioni della parte stampata a temperature di stampaggio più elevate.
③ Ritiro direzionale delle parti in plastica. Durante il processo di stampaggio, l'effetto di orientamento dei polimeri lungo la direzione del flusso porta all'anisotropia della parte in plastica. Il ritiro del pezzo sarà inevitabilmente diverso a seconda della direzione del flusso del materiale: generalmente il ritiro è maggiore e la resistenza è maggiore lungo la direzione del flusso del materiale, mentre il ritiro è minore e la resistenza è inferiore nella direzione perpendicolare al flusso del materiale. Allo stesso tempo, a causa della distribuzione e della densità non uniforme degli additivi nelle diverse parti della parte in plastica, anche il restringimento è irregolare, con conseguente restringimento differenziale e rendendo la parte in plastica soggetta a deformazioni, deformazioni e persino screpolature.
(2) Fluidità
Durante il processo di stampaggio, la capacità della plastica di riempire la cavità dello stampo a determinate temperature e pressioni è chiamata fluidità della plastica. Si tratta di un indicatore tecnico completo e unico per lo stampaggio a iniezione. Durante il periodo di stampaggio è necessario prestare attenzione alle dimensioni della cavità dello stampo e ai relativi parametri. Quando la pressione di stampaggio è troppo elevata o troppo ridotta, è necessario considerare anche l'influenza della fluidità.
La dimensione della fluidità ha una relazione significativa con la struttura molecolare della plastica. Le plastiche con strutture molecolari lineari o pesi molecolari inferiori ostacolano meno il flusso molecolare, con conseguente maggiore fluidità. Quando si aggiungono riempitivi alla plastica, la fluidità aumenta con un contenuto di riempitivo maggiore. L'influenza di vari fattori di progettazione e condizioni del processo di stampaggio sulla fluidità della plastica è applicabile anche alla fluidità dei composti polimerici.
La fluidità della plastica non è un valore invariabile e la progettazione dello stampo può modificarlo in larga misura. Se la fluidità della plastica è buona, non significa necessariamente che ogni aspetto del processo di stampaggio a iniezione sia fluido e soddisfacente. Al contrario, se la fluidità è scarsa, può essere migliorata aumentando la temperatura o la pressione dello stampaggio a iniezione. Tuttavia, se la fluidità è eccessiva, può facilmente causare difetti come bave nella produzione di parti in plastica. Pertanto, nel processo di stampaggio, l'uso di materiali plastici dovrebbe considerare tutti gli aspetti dei fattori che influenzano e scegliere in modo completo la plastica appropriata. Solo allora è possibile garantire la qualità e selezionare adeguatamente i parametri del processo di stampaggio e la progettazione dello stampo, raggiungendo in definitiva lo scopo di controllare e migliorare la qualità.
In base alla fluidità delle plastiche comuni nei requisiti di progettazione degli stampi, la classificazione della fluidità dello stampaggio a iniezione termoplastico può generalmente essere suddivisa in tre categorie:
① Materie plastiche con buona fluidità: come nylon, polietilene, polipropilene, polistirene, acrilico, acetato butirrato di cellulosa e poliossimetilene.
② Materie plastiche a media fluidità: come polistirene modificato, ABS, AS, poliformaldeide, omopolimero di cloruro di vinile e politetrafluoroetilene.
③ Materie plastiche con scarsa fluidità: come policarbonato, cloruro di polivinile duro, polisulfone, poliimmide, poliestere aromatico e fluoroplastiche.
I principali fattori che influenzano la fluidità delle materie plastiche stampate ad iniezione sono:
① Temperatura della plastica. Quando la temperatura della plastica è elevata, la fluidità aumenta corrispondentemente alla temperatura delle diverse plastiche. Ad esempio, polistirene, polipropilene, poliammide, poliossimetilene, polistirene modificato, acetato di cellulosa e ABS hanno una dipendenza dalla temperatura molto sensibile alla fluidità; per il cloruro di polivinile, la poliformaldeide e il polimetilmetacrilato, l'impatto delle variazioni di temperatura sulla fluidità è relativamente piccolo.
② Pressione di iniezione. L'aumento della pressione di iniezione può superare la resistenza generata dal flusso del materiale fuso e aumentare corrispondentemente la velocità di riempimento del materiale fuso, formando una maggiore fluidità.
③ Struttura dello stampo. Come la forma del sistema di iniezione, la posizione e le dimensioni dell'iniezione, la forma della cavità, il sistema di scarico, la temperatura dello stampo, lo spessore delle pareti delle parti in plastica e la presenza di inserti, il numero e la posizione degli inserti -, tutti questi elementi influiscono direttamente sull'effettiva situazione di riempimento all'interno della cavità dello stampo e hanno un impatto significativo sulla fluidità della plastica.
(3) Sensibilità al calore
La viscosità di alcune plastiche cambia con la temperatura durante il processo di stampaggio a temperature più basse e le plastiche rimangono relativamente stabili. Tuttavia, quando la temperatura viene mantenuta a un valore più elevato di stampaggio per un periodo prolungato oppure l'area della sezione trasversale del passaggio del flusso è troppo piccola o la velocità di taglio è troppo elevata, possono verificarsi fenomeni quali scolorimento, degradazione e decomposizione a causa della maggiore azione di taglio. Le plastiche con questa caratteristica sono chiamate plastiche-sensibili al calore. Come PVC rigido, cloruro di polivinile, poliformaldeide, polifluoroetilene e fluoroplastici. Le plastiche-sensibili al calore si decompongono e rilasciano gas durante la degradazione, che corrodono lo stampo e influiscono sull'aspetto delle parti in plastica. Inoltre, anche le loro proprietà fisiche e meccaniche si deteriorano.
Quando le plastiche-sensibili al calore subiscono una decomposizione o un degrado indotto dal calore-durante il riscaldamento, verranno generati vari prodotti di decomposizione, alcuni dei quali sono dannosi per il corpo umano. Gli stampi e le attrezzature devono essere mantenuti puliti. Impurità o sporco possono causare surriscaldamenti localizzati e portare al degrado del materiale.
Agenti e additivi possono impedire un'ulteriore decomposizione. Ad esempio, l’aggiunta di stabilizzanti termici al PVC rigido può migliorarne l’effetto di decomposizione.
Quando la plastica-sensibile al calore viene stampata in condizioni in cui il pezzo è surriscaldato o si verifica la decomposizione, è necessario adottare alcune misure durante la progettazione dello stampo. È possibile aggiungere stabilizzanti termici ai materiali oppure utilizzare attrezzature idonee (macchine a iniezione-a vite). È necessario mantenere un controllo rigoroso sulla temperatura di stampaggio, sulla temperatura del cilindro, sul tempo di riscaldamento, sulla velocità di rotazione della vite e sulla pressione; e dovrebbero essere adottate misure quali la prevenzione della ritenzione del materiale e la contaminazione di attrezzature e stampi.
(4) Sensibilità all'umidità
La sensibilità all'umidità della plastica si riferisce alla sensibilità alla decomposizione dell'umidità ad alta temperatura e alta pressione, come il policarbonato, che è una tipica plastica-sensibile all'umidità. Anche se contiene una piccola quantità di umidità, si decomporrà ad alta temperatura e alta pressione. Pertanto, il contenuto di umidità delle plastiche-sensibili all'umidità deve essere rigorosamente controllato prima dello stampaggio e deve essere sottoposto a un trattamento di asciugatura.
(5) Igroscopicità
L'igroscopicità si riferisce all'affinità della plastica per l'umidità. Sulla base di ciò, le materie plastiche possono essere sostanzialmente suddivise in due categorie: una è quella delle plastiche con proprietà di assorbimento o adesione dell'acqua, come poliammide, policarbonato, poliestere, ABS, ecc.; l'altro sono le plastiche che non assorbono acqua né aderiscono all'umidità, come polistirolo, polipropilene e polietilene.
Per le plastiche con tendenza all'assorbimento d'acqua, se il contenuto di umidità prima dello stampaggio non viene rimosso e supera un certo limite, durante il processo di stampaggio l'umidità si trasformerà in gas e causerà la decomposizione della plastica, con conseguente ridotta fluidità della plastica stampata, difficoltà di stampaggio e deterioramento della qualità superficiale e delle proprietà meccaniche delle parti in plastica. Pertanto, per garantire un avanzamento regolare e la qualità dello stampaggio, per le plastiche con elevata igroscopicità e adesione all'umidità, l'umidità deve essere rimossa prima di eseguire il trattamento di stampaggio e asciugatura. È inoltre necessario prestare attenzione alle impostazioni adeguate della temperatura del cilindro e al riscaldamento esterno della macchina per lo stampaggio a iniezione.
(6) Compatibilità
La compatibilità si riferisce alla capacità di due o più tipi diversi di plastica di non subire separazione di fase allo stato fuso.
Se due tipi di plastica sono incompatibili, durante il processo di fusione e stampaggio si verificherà la separazione di fase, con conseguente delaminazione, desquamazione e difetti superficiali. L'incompatibilità delle materie plastiche è legata alla loro struttura molecolare. Sono compatibili strutture molecolari simili o facilmente compatibili tra loro, come polietilene ad alta-pressione e polietilene a bassa-pressione, polipropilene mescolati tra loro; strutture molecolari dissimili sono difficilmente compatibili, come la miscela di polietilene e polistirene. La compatibilità delle materie plastiche è comunemente chiamata anche miscibilità. Comprendere questa caratteristica della plastica può aiutare a determinare la compatibilità di materie prime simili o comuni, che è uno dei modi più importanti per migliorare le prestazioni della plastica.