การทำความเข้าใจการหดตัวในพลาสติกฉีดขึ้นรูป

1. "การหดตัว" หมายถึงอะไร?

สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าการหดตัวคืออะไร เกิดขึ้นอย่างไรในพลาสติกฉีดขึ้นรูปต่างๆ และเกิดขึ้นอย่างไร การเข้าใจแง่มุมเหล่านี้สามารถช่วยให้คุณเข้าใจกระบวนการและความสำคัญของมันได้ แต่ยังช่วยรักษาการหดตัวที่ใช้งานได้จริงซึ่งไม่ส่งผลกระทบต่อขนาดของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย นำไปสู่ผลิตภัณฑ์ที่มีข้อบกพร่อง ดังนั้นโปรดอ่านต่อเพื่อเรียนรู้เกี่ยวกับการหดตัวของพลาสติกในการฉีดขึ้นรูป

การขึ้นรูปที่ทำด้วยพลาสติกฉีดขึ้นรูปจะผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการหดตัว ซึ่งจะหดตัวเมื่อเย็นลงหลังจากการฉีด ส่วนใหญ่ของการหดตัวจะเกิดขึ้นภายในแม่พิมพ์ขณะทำความเย็น แต่ยังคงมีการหดตัวบางส่วนหลังจากที่ชิ้นส่วนถูกดีดออกเนื่องจากยังคงเย็นลง

มันบ่งบอกถึงขอบเขตที่ขนาดของชิ้นส่วนพลาสติกลดลงหลังจากที่ถูกนำออกจากแม่พิมพ์และปล่อยให้เย็นลง ชนิดของพลาสติก สภาพการขึ้นรูป การก่อสร้างแม่พิมพ์ และปัจจัยอื่นๆ ล้วนมีบทบาทในการหดตัวของพลาสติก

มีอัตราการหดตัวที่หลากหลายระหว่างวัสดุโพลิเมอร์ต่างๆ ประการที่สอง อัตราที่รูปร่างของชิ้นส่วนพลาสติกมีอิทธิพลอย่างมากต่อการหดตัวของพลาสติก ระดับความยากของโครงสร้างภายในของชิ้นส่วน และการมีหรือไม่มีแทรก

การหดตัวของชิ้นส่วนพลาสติกที่ขึ้นรูปสามารถมากถึง 20% โดยปริมาตรเมื่อวัดที่อุณหภูมิการประมวลผลและอุณหภูมิแวดล้อม การหดตัวของโพลิเมอร์นี้มักนำไปสู่ชิ้นส่วนที่บิดเบี้ยวและความแตกต่างของขนาด การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เกิดขึ้นระหว่างชิ้นส่วนที่ผลิตและแม่พิมพ์

2. วิธีการคำนวณอัตราการหดตัวเพื่อให้แน่ใจว่าผลิตภัณฑ์สุดท้ายมีความทนทาน?

สิ่งสำคัญคือต้องคาดการณ์การหดตัวก่อนเริ่มการผลิตเพื่อหลีกเลี่ยงการปรับเครื่องมือที่มีราคาแพงและใช้เวลานาน พลาสติกทุกชนิดมีเปอร์เซ็นต์การหดตัวขั้นต่ำและสูงสุด แต่คุณต้องคำนึงถึงองค์ประกอบอื่นๆ ทั้งหมดที่ส่งผลต่ออัตราการหดตัว วิธีที่ดีที่สุดในการคำนวณอัตราการหดตัวคือการพัฒนาเครื่องมือจำลองเพื่อเลียนแบบข้อกำหนดการทำความเย็นและการปิดกั้นที่ใช้ในระหว่างการผลิต ไม่เพียงแต่จะให้การวัดการหดตัวที่แม่นยำเท่านั้น แต่ยังเปิดโอกาสให้ปรับแต่งเครื่องมือก่อนกระบวนการผลิตหากเกิดข้อบกพร่องใดๆ การกำหนดอัตราการหดตัวของการฉีดขึ้นรูปพลาสติกเป็นสิ่งสำคัญในการรักษาการผลิตที่มีประสิทธิภาพ

3. การหดตัวเกิดขึ้นเมื่อใด?

· ความแตกต่างในความยาวที่เกิดจากการขยายตัวด้วยความร้อนและการหดตัวด้วยความเย็นในโพลิเมอร์

เมื่อแม่พิมพ์สำหรับการฉีดขึ้นรูปจำเป็นต้องทำ จะต้องหลอมส่วนประกอบดิบสำหรับพลาสติก ในขณะนี้ อุณหภูมิของกระบวนการหลอมจะเพิ่มขึ้นระหว่าง 200 ถึง 300 องศา และส่วนประกอบดิบสำหรับพลาสติกจะถูกให้ความร้อนและขยายตัว อุณหภูมิของแม่พิมพ์ฉีดจะลดลงเมื่อผ่านกระบวนการทำความเย็น ส่งผลให้มีการลดปริมาตรที่เป็นไปได้

· ความแปรปรวนในองค์ประกอบอะตอมและโมเลกุลของพลาสติก

ตัวอย่างเช่น ในระหว่างกระบวนการขึ้นรูปสำหรับพลาสติกเทอร์โมเซตติง โครงสร้างของโมเลกุลที่ประกอบขึ้นเป็นเรซินจะเปลี่ยนจากเชิงเส้นเป็นรูปแบบร่างกาย เนื่องจากมวลปริมาตรของโครงสร้างร่างกายมีมากกว่าโครงสร้างเชิงเส้น และเนื่องจากปริมาตรรวมของโครงสร้างเชิงเส้นลดลง โครงสร้างร่างกายจึงมีขนาดเล็กลง

· การเปลี่ยนแปลงในความเครียดตกค้าง

แรงเฉือนของแรงดันการขึ้นรูป การแอนไอโซโทรปี การผสมสารเติมแต่งที่ไม่สม่ำเสมอ และอุณหภูมิของแม่พิมพ์สามารถส่งผลกระทบต่อเครื่องมือขณะใช้งานเพื่อทำการฉีดขึ้นรูปพลาสติก
หลังจากการขึ้นรูป แม่พิมพ์ฉีดยังคงมีความเครียดตกค้างอยู่ ความเครียดตกค้างนี้จะค่อยๆ ลดลงและกระจายตัวใหม่เมื่อเวลาผ่านไป เป็นผลโดยตรง แม่พิมพ์ฉีดจะมีขนาดเล็กลงอีกครั้ง การหดตัวประเภทนี้บางครั้งเรียกว่าการหดตัวหลังการขึ้นรูป

· ขนาดของส่วนประตู

มีขนาดหน้าตัดที่หลากหลายสำหรับแม่พิมพ์ฉีด ประตูขนาดใหญ่จะเพิ่มแรงดันในโพรงและยืดเวลาปิดประตู ทำให้วัสดุหลอมเหลวไหลเข้าสู่โพรงได้มากขึ้น สิ่งนี้ทำได้โดยการเพิ่มการไหลของการหลอมเหลว

· ความหลากหลายของพลาสติก

โพลิเมอร์ผลึก เช่น โพลีโพรพิลีน (PP) และโพลีเอไมด์ (PA) มีการหดตัวมากขึ้นหลังจากการถอดแม่พิมพ์และมีช่วงการหดตัวที่กว้างกว่าเมื่อเทียบกับพลาสติกที่ไม่เป็นผลึก เช่น โพลีคาร์บอเนต (PS) และอะคริโลไนไตรล์บิวทาไดอีนสไตรีน (ABS)

4. จะเกิดอะไรขึ้นหากชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปหดตัวไม่เท่ากัน?

การหดตัวไม่เท่ากันเรียกว่าการบิดเบือน หากบริเวณของชิ้นส่วนหดตัวไม่เท่ากัน จะเกิดความเครียดภายในชิ้นส่วน ความเครียดเหล่านี้ขึ้นอยู่กับความแข็งของชิ้นส่วนที่อาจทำให้ชิ้นส่วนเปลี่ยนรูปหรือเปลี่ยนรูปร่าง ซึ่งนำไปสู่การแตกร้าวในชิ้นส่วนระหว่างการใช้งานระยะยาว

5. สาเหตุใดที่จะทำให้เกิดการหดตัวเมื่อฉีดขึ้นรูปพลาสติก?

ความแปรปรวนในการหดตัวเป็นสาเหตุหลักของการบิดเบือน ซึ่งอาจฟังดูซับซ้อนแต่ค่อนข้างตรงไปตรงมา กล่าวอีกนัยหนึ่ง เมื่อชิ้นส่วนหดตัวเท่ากันในทุกทิศทาง มันไม่เพียงแต่เล็กลงแต่ยังคงรูปร่างเดิมไว้ ในทางกลับกัน หากชิ้นส่วนหนึ่งหดตัวในอัตราที่ต่างจากส่วนอื่น ความแตกต่างนี้จะทำให้เกิดความตึงเครียดภายในชิ้นส่วน เมื่อชิ้นส่วนถูกดีดออกจากแม่พิมพ์ มันจะผิดรูปหากแรงที่กระทำเกินความสามารถในการรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้าง

มีการหดตัวหลักสี่ประเภท ซึ่งได้แก่:

· ในเชิงภูมิภาค

สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่ออัตราการหดตัวของแต่ละส่วนแตกต่างจากบริเวณที่ใกล้กับประตูและบริเวณที่ใกล้กับจุดสิ้นสุดการเติม (EOF); โดยทั่วไป ความแปรปรวนนี้เกิดขึ้นระหว่างพื้นที่ของชิ้นส่วนที่หนากว่า (บริเวณประตู) และพื้นที่ที่บางกว่า (บริเวณ EOF) บริเวณหนึ่งหดตัวในอัตราที่เร็วกว่าบริเวณอื่น

· ห่างจากสารหนาแน่น

ความแตกต่างในการหดตัวนี้เกิดขึ้นเมื่อการหดตัวที่ด้านบนของชิ้นส่วนแตกต่างจากการหดตัวที่ด้านล่างเมื่อชิ้นส่วนถูกตัดครึ่ง เนื่องจากความแตกต่างนี้ ชิ้นส่วนมีศักยภาพที่จะโค้งงอเพราะด้านหนึ่งสามารถหดตัวได้มากกว่าอีกด้านหนึ่งและเป็นผลให้มีขนาดเล็กกว่าอีกด้านหนึ่ง

· ในเชิงทิศทาง

ความแตกต่างในการหดตัวสามารถเกิดขึ้นได้ทั้งในทิศทางขนานและตั้งฉากกับการจัดเรียงของวัสดุ ซึ่งมักเรียกว่าทิศทางการไหล การจัดเรียงของโมเลกุลหรือเส้นใยสามารถทำให้เกิดสิ่งนี้ได้ ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ วัสดุที่ไม่มีรูปร่างมักจะหดตัวมากกว่าในทิศทางขนานกับทิศทางการไหล การหดตัวของของแข็งผลึกมักจะมากกว่าในทิศทางตั้งฉากกับทิศทางการไหล

· การเปรียบเทียบในระนาบกับความหนา

บ่อยครั้งที่โพลิเมอร์หดตัวในทิศทางของความหนามากกว่าในทิศทางของพื้นผิว ผลกระทบนี้เกิดจากการป้องกันแม่พิมพ์ การมีอยู่ของความแตกต่างระหว่างการหดตัวในทิศทางในระนาบและทิศทางความหนาสามารถนำไปสู่การบิดเบี้ยว มันมักจะเกิดขึ้นที่มุมของชิ้นส่วนซึ่งบางครั้งหนากว่าความหนาปกติของผนัง

6.วิธีควบคุมการหดตัวในกระบวนการฉีดขึ้นรูป?

วัสดุทุกชนิดมีอัตราการหดตัวที่ผู้ผลิตกำหนดไว้ ซึ่งสามารถใช้เพื่อช่วยทำนายการเปลี่ยนแปลงในพลาสติกตั้งแต่เวลาที่มันถูกขึ้นรูปและหลังจากที่มันเย็นลงจนเสร็จสมบูรณ์ วัสดุทุกชนิดจะขยายตัวเมื่อถูกความร้อนและหดตัวเมื่อเย็นลงกลับสู่ห้องอุณหภูมิ ทุกมิติของผลิตภัณฑ์พลาสติกจะหดตัวในปริมาณที่แน่นอนในช่วงเวลาที่มันเย็นลง การควบคุมการหดตัวนี้อาจเป็นกุญแจสำคัญในการทำให้ผลิตภัณฑ์สุดท้ายของคุณสมบูรณ์แบบ มาพูดถึงวิธีการบางอย่างในการควบคุมการหดตัวในกระบวนการฉีดขึ้นรูปกันเถอะ

อุณหภูมิของวัสดุ

การปรับอุณหภูมิของเรซินพลาสติกขณะที่มันถูกให้ความร้อนเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการควบคุมการหดตัว ยิ่งวัสดุถูกให้ความร้อนสูงก่อนที่จะถูกเท โมเลกุลก็จะยิ่งขยายตัวมากขึ้น เมื่อมันเย็นลง โมเลกุลเหล่านี้จะหดตัวลง การเทพลาสติกที่อุณหภูมิต่ำกว่าจะทำให้การหดตัวน้อยลงในระหว่างกระบวนการเย็นลง

อุณหภูมิของแม่พิมพ์

การควบคุมอุณหภูมิของแม่พิมพ์สามารถควบคุมการหดตัวได้ การใช้แม่พิมพ์เย็นจะทำให้ขอบนอกของชิ้นส่วนแห้งก่อนที่จะเติมและบีบอัดพื้นที่ทั้งหมดอย่างถูกต้อง การใช้แม่พิมพ์ร้อนจะทำให้การหดตัวน้อยกว่าแม่พิมพ์เย็น มันช่วยให้โมเลกุลของวัสดุพลาสติกเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระขณะที่มันเติมแม่พิมพ์และบรรลุแรงดันที่ถูกต้องก่อนที่จะเริ่มเย็นลง

การปรับแรงดัน

แรงดันที่ใช้ในการฉีดวัสดุพลาสติกมีผลโดยตรงต่ออัตราการหดตัว มันคือแรงดันที่จำเป็นในการบรรจุวัสดุให้เข้าที่ ยิ่งวัสดุถูกบรรจุแน่นเท่าใด การเคลื่อนไหวในขณะที่มันเย็นลงก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น แรงดันที่สูงขึ้นในการฉีดจะทำให้พลาสติกหดตัวน้อยลง

ตราบใดที่มีการใช้แรงดันจนกว่าพลาสติกจะแข็งตัว การหดตัวจะถูกจำกัด หากแรงดันถูกปล่อยก่อนที่พลาสติกจะเย็นลงจนเสร็จสมบูรณ์ การหดตัวจะเลวร้ายลง การรักษาพลาสติกให้อยู่ในที่จนกว่ามันจะเย็นลงเพื่อย้อนกลับรูปแบบการหดตัวปกติของมันจะควบคุมการหดตัวได้แต่กระบวนการนี้ใช้เวลานานกว่าและมีค่าใช้จ่ายมากกว่า การบังคับให้อากาศไหลผ่านชิ้นส่วนพลาสติกยังช่วยให้มันคงตัวได้

การจุ่มน้ำเย็น

อีกวิธีหนึ่งในการทำให้ชิ้นส่วนพลาสติกเย็นลงอย่างรวดเร็วคือการจุ่มลงในน้ำที่อุณหภูมิห้อง วิธีนี้จะทำให้วัสดุเย็นลงต่ำกว่าจุดหลอมเหลวและหยุดการหดตัวหลังจากขึ้นรูป วิธีนี้ช่วยให้ผนังด้านในของพลาสติกแข็งตัวเร็วขึ้นเนื่องจากบริเวณเหล่านี้ใช้เวลาในการเย็นลงและแข็งตัวนานกว่าผนังด้านนอก มันมีความเสี่ยงเล็กน้อยเนื่องจากความเครียดที่เกิดขึ้นกับผลิตภัณฑ์ อาจทำให้เกิดการแตกหักหรือร้าวหากพลาสติกสัมผัสกับอุณหภูมิที่รุนแรงในภายหลัง
การกำหนดว่าผลิตภัณฑ์พลาสติกจะหดตัวและโค้งงออย่างไรเมื่อเย็นลงเป็นสิ่งสำคัญในการทำให้ผลิตภัณฑ์สุดท้ายสมบูรณ์แบบ การหาวิธีควบคุมวิธีการที่วัสดุเย็นลงช่วยให้มั่นใจได้ว่าชิ้นส่วนของคุณจะออกมาในแบบที่ควรจะเป็นทุกครั้ง คุณต้องการผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอเมื่อพูดถึงโครงการฉีดขึ้นรูป การกำหนดสูตรของวัสดุ ขนาดของแม่พิมพ์ และรายละเอียดการประมวลผลทั้งหมดจะส่งผลต่อการหดตัว

7.สรุป

ในสถานการณ์ส่วนใหญ่ ผลกระทบหลายอย่างอาจขัดแย้งหรือขยายซึ่งกันและกัน ทำให้ไม่สามารถแยกส่วนประกอบของแต่ละผลกระทบได้ การเข้าใจว่าและทำไมพลาสติกฉีดขึ้นรูปถึงหดตัวให้วิศวกรได้เปรียบในการวิเคราะห์ผ่านการจำลองเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์พลาสติกที่เหมาะสมซึ่งอยู่ในงบประมาณและกรอบเวลา