Formsprutproblemens tio-i-topp
FORMSPRUTPROBLEMENS 10 I TOPP Plastforum nordica nr 7, del 2, maj 2001 FORMSPRUTPROBLEMENS Innehåll 10 PLASTFORUM nordica Nr 7, del 2, maj 2001 I TOPP 5 Innehåll 8–9 Fuktighet i materialet 10–11 Underdimensionerade ingötssystem 12–13 Felaktig ingötsplacering 14–15 För kort eftertryckstid 16–17 Felaktig smältatemperatur 18–20 Felaktig formtemperatur 22–23 Dålig ytfinish 24–25 Varmkanalsproblem 26–27 Skevning 28–29 Formbeläggning 5 FORMSPRUTPROBLEMENS REDAKTION Chefredaktör och ansvarig utgivare: Peter Olofsson, tel 042-490 19 21, e-post [email protected] Redaktörer: Katarina Elner Haglund, tel 046-589 59 e-post [email protected] Malin Folkesson, tel 042-490 19 22 e-post [email protected] Grafisk formgivning: Anita Rosling, tel 042-490 19 53, e-post [email protected] Grafisk formgivning Tio i topp: Catharina Waxberg, tel 042-490 19 51, e-post [email protected] Teknisk redaktör: Jessica Tjärnberg, tel 042-490 19 54, e-post [email protected] Redaktionella medarbetare: Asle Isaksen, Lars-Erik Edshammar, Korrespondent: John Murphy ANNONSAVDELNING Försäljnings- och marknadschef Jonas Natt och Dag, tel 042-490 19 02, epost [email protected] Annonschef: Beth Holmkvist, tel 042-490 19 25, e-post [email protected] Säljare: Eva Malmros, tel 042-490 19 26, e-post [email protected] Radannonser: Maria Lidén, tel 042-490 19 75, e-post [email protected] Annonsproduktion och material: Agneta Gullberg, tel 042-490 19 55, e-post [email protected] PRENUMERATIONER Tel 08-670 41 00, fax 08-661 64 55 e-post [email protected] Helår (15 nr) 995 SEK+moms, flerpren 600 SEK Övriga Norden 1.285 SEK Lösnummerpris 119 SEK (inkl moms). FÖRLAG Mentor Communications AB i Helsingborg , Box 601, 251 06 Helsingborg, Besöksadress: Landskronavägen 1- 3 tel 042-490 19 00, fax 042-490 19 99. Ekonomichef: Christel Olsson, tel 042-490 19 61, e-post [email protected] Ekonomiassistent: Carina Lillsjö, tel 042-490 19 62, e-post [email protected] TRYCK: Åkessons Tryckeri AB, Emmaboda 10 I TOPP Inledning Maskinerna har blivit bättre! Materialen har blivit bättre! Människorna bakom maskinerna har blivit bättre! Samtidigt har kraven på formsprutade produkter aldrig varit högre än de är idag. Detsamma gäller tempot – begreppet 0-fel är nog väl bekant för de flesta som är involverade i produktionsledet. Även i fortsättningen kommer väl fel att förekomma, men vid formsprutning finns det hur som helst en hel del man kan göra för att undvika vanliga fel. I samarbete med DuPont och Distrupol Nordic har Plastforum nordica tidigare publicerat en artikelserie kallad ”Konstruktionsplaster: Formsprutproblemens Tio i Topp”. I den har vi, utgåva för utgåva, pekat på centrala problemställningar vid formsprutning av konstruktionsplaster, till exempel fuktighet i materialet, fel tryck eller temperatur, fel ingöt, fel formtemperatur och så vidare. Nu har vi samlat alla artiklar i ett häfte. Materialet är lättförståeligt och visar hur man med enkla medel och tumregler kan undvika de vanligaste felen. Serien har varit mycket populär i tidningen och vi tror att denna samlade utgivning är intressant för alla som formsprutar tekniska plaster. Artikelförfattarna Ernst A. Poppe, Karl Leidig, Karl Schirmer och Ulf Bruder (alla med anknytning till DuPonts konstruktionsplaster) har utarbetat serien. I likhet med författarna hoppas vi också att du ska få glädje av denna skrift, som visar hur man löser de tio vanligaste formsprutproblemen som uppkommer vid bearbetning av delkristallina termoplaster som POM, PA, PBT och PET. Vågar vi tro att redan bra produkter i framtiden blir ännu bättre när de omskrivna, enkla metoderna för att upptäcka och undgå fel tas ”ad notam”?! Peter Olofsson, chefredaktör Copyright © Mentor Communications AB i Helsingborg Återgivande av text och bild endast efter skriftlig överenskommelse med förlaget. För insänt ej beställt redaktionellt material ansvaras ej. ISSN 1404-8469 7 PLASTFORUM nordica Nr 7, del 2, maj 2001 I TOPP ● DEL 1 Symtom vid formsprutning PA PET PBT POM FUKTIGHET i materialet Synliga symtom på Påverkan på formsprutade detaljer mekaniska egenskaper • Rinner ur munstycket. • "Silverstänk"-märken i flödesrikningen. • Bubblor i massan vid tömning av cylindern. • Grader bildas lättare. • Inga synliga symtom. • OBS! Inga ytmärken (silverstänk) syns. • Bubblor kan synas vid • Stänkmärken kan finnas. tömning av cylindern. 100 • Lägre slagseghet och draghållfasthet. • Mycket lägre slagseghet och draghållfasthet. Slagseghet i % av maxvärde FORMSPRUTPROBLEMENS 10 80 Maximal fukthalt 60 40 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 •Ingen påverkan. Fukthalt hos granulaten (%) TEP • Inga synliga symtom. (polyester) • Ökad tendens till grader. • Lägre slagseghet och draghållfasthet. Hur man upptäcker för hög fukthalt. Source: DuPont ■ Många plastmaterial absorberar fukt ur luften och hur mycket beror på typ av material. Fukt i granulaten, även om det bara är kondensering på ytan, kan förorsaka problem vid formsprutning av konstruktionsplaster. Oönskade effekter uppstår ofta som exempelvis bearbetningsproblem, dålig ytfinish på formsprutade detaljer eller försämring av de mekaniska egenskaperna. Det är sällan möjligt att enbart genom okulär besiktning fastställa om fukt är närvarande. Författarna har skrivit denna artikel för att ge formsprutare som bearbetar en mängd olika plastmaterial några värdefulla råd om hur man skall hantera de material som är känsliga för fukt. Förtorkning av plastmaterial De flesta konstruktionsplaster kräver att fukthalten i granulaten understiger en viss maximal nivå innan de bearbetas. Behovet av torkning beror i huvudsak på hur känsligt materialet är för vatten. Naturligtvis är fukthalten hos granulaten vid 8 Källa: DuPont Fig. 3 Fig. 1 DuPont kommer i en artikelserie visa lösningar för tio vanliga problem som ofta uppstår vid formsprutning av delkristallina konstruktionsplaster som POM, PA, PBT och PET. I artiklarna beskriver författarna enkla metoder att upptäcka och undvika problemen, och i detta första kapitel handlar det om hur man undviker fukt i materialet. Fukthaltens påverkan på slagsegheten hos granulat av 30% glasfiberarmerad PET. Empfehlungen Entwickelt und erstellt von Rene Koneberg. PA PBT PET TPE POM 0,2 % 80°C 2-4h 0,05 % 120°C 3-4h 0,02 % 130°C 3-4h 0,1 % 80°C - 110°C 2 - 4 h 0,05 % 1h 80°C Endast nödvändigt om granulatet har exponerats i luften Bör alltid torkas (torrluftstork). Bör alltid torkas (torrluftstork). Torktemperaturen beror på hårdhetsgrad. Torkas bara om man misstänker kondens på ytan av granulaten. Rekommendation av maximal fukthalt hos granulaten, torktemperaturer och torktid. Source: DuPont Fig. 2 leverans, typ av förpackning och lagringstiden viktiga faktorer. Exempel på detta är polyamid som vanligtvis packas i säckar med aluminiumfolie som fuktbarriär, så att materialet kan användas direkt ur säck. De flesta bearbetare av PA brukar dock föredra att förtorka materialet, även om förtorkning inte är nödvändig om materialet förbrukas inom en timme. Å andra sidan är PET och PBT betydligt mer känsliga för fukt och måste alltid torkas för att slagsegheten hos formsprutade produkter inte skall försämras. Man måste också ta i beaktande att dessa material tar upp fukt mycket snabbt efter torkning, varför formsprutaren måste hantera torkat granulat av PET och PBT med speciell noggrannhet, antingen materialet förvaras eller transporteras till maskinen i rörsystem. Det är också viktigt att uppehållstiden i tratten inte blir för lång, eftersom torkat PET under ogynnsamma klimatförhållanden (fuktig väderlek) kan absorbera tillräckligt med fukt redan efter tio minuter för att överskrida den maximalt tillåtna gränsen för formsprutning på 0.02%. Torkning av ommalt material eller helt fuktmättat material (d.v.s. material PLASTFORUM nordica Nr 7, del 2, maj 2001 Punkt for provtagning Källa: DuPont Källa: DuPont Behållare för insamling av granulatprov Lämplig provtagningspunkt Källa: Brabender Messtechnik Manometrisk metod Källa: Metrohm Karl-Fischer metod Instrument för fuktanalys 1.5 Fig. 5 förvaras i öppna säckar eller behållare) kräver speciell noggrannhet. I dessa fall: A H ● Förslut behållare och säck- ar som bara delvis förbrukats ● Sätt lock på tratten B C Hur man torkar F °C G För vissa on elt v ick tw En Rene Koneb erg Fuktinnehållet i granulat kan mätas med olika instrument som finns tillgängliga på marknaden, exempelvis genom manometrisk eller Karl-Fischer metod. D Rene Koneb erg Mätning av fukthalt °C on elt v ick tw En Det är viktigt att följa rätt torkningsprocedur om man vill ha kvalitetsformgods. Enkla varmluftstorkar av olika slag är till exempel inte tillräckligt bra för att torka polyester, medan torrluftstorkar fungerar bra. Bara dessa kan åstadkomma den konstanta och tillräckliga torkning som krävs, oavsett omgivande luftfuktighet. Bortsett från att hålla rätt torktemperatur är det också viktigt att se till att daggpunkten hos den torkade luften förblir lägre än -20 °C. När man har torkanläggningar med flera behållare med olika fyllnivåer och bulkvolym är det viktigt att se till att luftgenomflödet i varje behållare är tillräckligt. material är endast torrluft acceptabel för transport E A B C D Daggpunktskontroll Uppvärmning Reglering av luften Behållare E F G H Temperaturindikator Torrluftsgenerator Regenering Fläkt Typisk torkanläggning Källa: DuPont Fig. 4 För att undvika felkällor bör provet tas djupt ned i tratten och läggas i en sluten behållare eller förpackning. Speciella värmeförseglingsbara provpåsar av papper/aluminiumlaminering med polyetenbeläggning på insidan finns att tillgå, liksom speciella laboratoriebehållare i glas som kan förslutas hermetiskt. Av Ernst A. Poppe, Karl Leidig, Karl Schirmer, Ulf Bruder PLASTFORUM nordica Nr 7, del 2, maj 2001 9 FORMSPRUTPROBLEMENS 10 Underdimensionerade I TOPP ● DEL 2 INGÖTSSYSTEM 0,5 - 1,0 • t D=t+1 a ≥ 0,5 t t D 1 D Øa t Direkt ingöt Utmärkande egenskaper hos delkristallina plaster 2 1 Källa: DuPont Plattverktyg 25 a ≈ 0,5 - 0,7 • t min = 0,5 mm a max = 2,5 mm 5 10 t + 0,5 a a 25 10 5 ≈1 Källa: DuPont a ≈ 0,5 - 0,8 • t a min = 0,8 mm a max = 2,5 mm Ø t + 0,5 Øa t Oarmerat material ter senare i denna artikelserie. 4 t Armert material Delkristallina termoplaster krymper när de övergår från smält till stelnat (kristallint) tillstånd. Krympningens storlek beror på typ av polymer och kan vara så stor som 14%, varför denna volymminskning måste kompenseras med att man packar in mer smält material i formrummet under eftertryckstiden. Denna efterpackning kan bara ske om ingötskanalernas tvärsnitt är tillräckligt stort för att tillåta att kärnan i mitten inte fryser, utan är i smält tillstånd under hela den nödvändiga eftertryckstiden. Tunnelingöt för konstruktionsplaster Källa: DuPont I DuPonts artikelserie om hur man med enkla metoder upptäcker och undviker problem som ofta uppstår vid formsprutning av delkristallina konstruktionsplaster, har nu turen kommit till för små ingötssystem. 10 ■ Detaljer tillverkade i konstruktionsplaster är idag konstruerade med hjälp av avancerade metoder, såsom CAD, ”finita element”beräkningar eller formfyllnadsanalys. Trots att dessa metoder är mycket värdefulla tar de i vissa fall inte tillräckligt stor hänsyn till vikten av ett korrekt dimensionerat ingötssystem. Denna artikel beskriver grunderna för korrekta ingötssystem för delkristallina konstruktionsplaster, såsom acetalplast, polyamid och termoplastisk polyester. Men, dessa grunder måste kombineras med rätt placering av ingötet och rätt eftertryckstid för att resultatet skall bli optimalt. Vi återkommer till dessa punk- Karakteristiska defekter Om ingötssystemet är för trångt så verkar inte eftertrycket under hela den nödvändiga packningstiden. Volymskillnaden mellan smält och fast tillstånd (krympningen) kan då inte kompenseras tillräckligt, varvid håligheter och sjunkmärken (speciellt med oarmerade material) eller mikroporer (om materialet är armerat) uppstår. Dessa symptom syns väl om man använder mikroskop. Dimensionsstabiliteten kommer också att variera mycket, krympvärdet blir för stort och tendensen till skevning kommer att öka. Porer och mikroporer har en negativ effekt på de mekaniska egenskaperna eftersom de verkar som brottsanvisningar som dras- tiskt reducerar brottöjning och slagseghet. För ett fiberarmerat material kommer ett för litet ingöt att förorsaka att fibrerna bryts och blir kortare, vilket ytterligare försvagar detaljen. Högt insprutningstryck och lång fylltid kan vara ytterligare en indikation på att ingötet är för litet. Man kan upptäcka detta genom att exempelvis olika inställningar på insprutningshastigheten inte ger någon större effekt på den aktuella fylltiden. Om ingötet är för litet så kan det också förorsaka ytmärken. För hög skjuvning kan resultera i att tillsatsmedel såsom slagseghetstillsatser, pigment, flamskyddsmedel och fibrer kan separera. För små ingöt ökar också tendensen till fristråle (”jetting-effekt”), stänkmärken, matta fläckar, marmorering eller en matt ring runt ingötet. Man ökar också tendensen till formbeläggning. Konstruktion av ingötssystem Vid dimensionering av ingötssystemet är detaljens väggtjocklek (t) det första som man skall ta hänsyn till (se figur). Diametern av en inskriven cirkel någonstans i ingötskanalens tvärsnitt får inte vara mindre än detaljens väggtjocklek. Om man utgår från ingötet så bör diametern öka vid varje förgrening av ingötskanalerna så att man erhåller en nära nog konstant skjuvningshastighet. För att förhindra att den oundvikliga kallpluggen från munstycket skall nå in i PLASTFORUM nordica Nr 7, del 2, maj 2001 formrumment bör man förlänga ingötstappen med en s.k. kallpluggsficka där kallpluggen kan fångas upp. Denna förlängning skall ha ungefär samma diameter som ingötstappen för att kallpluggen verkligen skall stanna kvar. När man formsprutar oarmerade delkristallina plaster bör ingötet vara minst 50% av godstjockleken hos den formsprutade detaljen. Detta kan även vara tillräckligt för armerade material. Men om man vill minimera risken ytterligare för att bryta fibrerna och också tar hänsyn till den högre viskositeten för dessa material, kan man dimensionera ingötet upp till 75% av den formsprutade detaljens väggtjocklek. Man måste ta speciella hänsyn till intagets längd. Detta bör vara mindre eller lika med 1 mm för att förhindra att det fryser för tidigt. Därigenom kommer formen att värmas upp nära intaget vilket ger att en optimal eftertryckstid kan uppnås. Sammanfattning Sammanfattning av grundreglerna för korrekta ingötssystem: förse alltid ingötstappen med en tillräckligt stor kallpluggsficka ● gör den minsta ingötskanalen grövre än detaljens väggtjocklek ● ingötets tjocklek bör vara minst 50% av detaljens väggtjocklek. Dessa principer tar bara hänsyn till kristallinisationsförloppet hos konstruktionsplasterna. Om man vill göra en bedömning av formfyllnadsförloppet kan man använda flytlängdsdata för det aktuella materialet eller om det är nödvändigt göra en fullständig formfyllnadsanalys. Med största säkerhet finns det ett antal applikatio● PLASTFORUM nordica Nr 7, del 2, maj 2001 ner där man av olika skäl inte kan tillämpa dessa rekommendationer. Här måste man göra en kompromiss mellan kvalitet och kostnadsbild. Av Ernst A. Poppe, Karl Leidig, Karl Schirmer, Ulf Bruder 11 FORMSPRUTPROBLEMENS 10 Felaktig INGÖTSPLACERING I TOPP ● DEL 3 redan kända problem upprepas. RÄTT FELAKTIG FLÖDESKANAL PORER Möjliga problem vid ogynnsam ingötsplacering Felaktig ingötsplacering är ett viktigt problem som behandlas i detta tredje avsnitt av DuPonts artikelserie om hur man upptäcker och undviker problem som gärna uppstår vid formsprutning av delkristallina konstruktionsplaster. ■ Ingötsplaceringen är viktig för både flödesfrontens profil och effekten av eftertrycket i verktyget, vilket sedan påverkar både styrkan och andra egenskaper hos den formsprutade detaljen. Eftersom ingötsplaceringen oftast bestäms av konstruktören eller verktygsmakaren, har denna artikel författats speciellt med tanke på dessa. Men, trots detta bör formsprutaren även vara delaktig redan i planeringsstadiet för att förhindra att 12 Egenskaperna hos en i för övrigt korrekt konstruerad detalj tillverkad av en delkristallin konstruktionsplast kan helt ödeläggas om ingötet är felaktigt placerat. Detta kommer att visa sig, både för oarmerade och armerade material, vad gäller sammanflytningslinjer och luftinneslutningar. Dessa beror på flödesfrontens profil och påverkar detaljens ytfinish och mekaniska egenskaper, speciellt vad gäller fiberarmerade kvaliteter. Modifiering av processparametrarna har ingen större inverkan på detaljen i detta fall. Sjunkmärken och porer uppstår i detaljens tjockare sektioner om ingötet är placerat i en tunnare vägg. Eftersom materialet kristalliserar tidigare i den tunnare väggen (se figur 1) kommer en tjockare vägg, som kräver längre packningstid, inte att packas tillräckligt. Packning krävs för att kompensera skillnaden i specifik volym mellan smält och stelnat material. Förutom sämre yta och styrka kommer krympningen att öka i otillräckligt packade sektioner. Detta kan SJUNKMÄRKEN Placera ingötet i tjockaste väggen Tvärsnitt strax innan slutet av eftertrycksfasen Källa: DuPont Fig. 1 Gångjärn Placera ingötet långt från gångjärnet Ingötsplacering vid integrerade gångjärn Källa: DuPont Fig. 2 dessutom ge skevningsproblem även i oarmerade material. Vid för få och felaktigt placerade ingöt kan flytvägen bli för lång och det nödvändiga insprutningstrycket för högt. Har man samtidigt en polymer med låg smältaviskositet och långsam kristallisation ökar risken för grader markant. Processfönstret kommer dessutom att begränsas så att möjligheten att finjustera måttoleranserna minskar. Rekommendationer för bästa ingötsplacering ● Försök att placera ingötet i detaljens tjockaste vägg. ● Undvik att placera ingötet i områden som utsätts för hög belastning. ● På långa detaljer bör ingötet placeras i kortänden istället för längs med långsidan eller i mitten. Detta är speciellt viktigt för armerade material. PLASTFORUM nordica Nr 7, del 2, maj 2001 Fyll rörformade ämnen från änden Fyll formen symmetriskt (minskar grader) Air entrapment Fyll från änden (minskar skevning) Fyll behållare nära botten Fyll runt om ingjutningsdetaljer Fyll genom en pinne om nödvändigt Ingötsplacering Ingötsplacering Källa: DuPont Source: DuPont Fig. 3 Fig. 4 ● Om man har två eller flera formrum bör dessa placeras symmetriskt i förhållande till ingötstappen. ● När man formsprutar runt klena kärnor eller ingjutningsdetaljer bör smältan omsluta dem så att sidobelastning och deformation undviks. ● Rotationssymmetriska detaljer såsom kugghjul, rör, propellrar etc. bör helst fyllas genom ett filmingöt i mitten. Man kan även få bra rundhet genom att fylla detaljen genom flera ingöt i ett treplatteverktyg . ● Detaljer med integrerade gångjärn bör fyllas så att eventuella sammanflytningslinjer kommer långt från gångjärnet. Det är också viktigt att flödet inte stoppar upp tillfälligt vid gångjärnet under fyllningen. ● Små behållare såsom lock, kondensatorhöljen, lådor etc. bör fyllas nära botten för att undvika luftinneslutning. ● Vid rörformade detaljer bör ena änden fyllas helt innan själva röret fylls, för att en regelbunden flödesfront skall erhållas. ● Synliga ytor där ingöt inte tolereras kan fyllas underifrån genom ett tunnelingöt på en pinne. ● Ingötet bör placeras så att även tillfälliga stopp av flödesfronten (komplexa geometrier, flerfacksverktyg med olika detaljer etc.) i görligaste mån undviks. Ovanstående rekommendationer kan givetvis inte täcka alla tänkbara applikationer. Kompromisser kommer alltid att behöva göras beroende på den enskilda detaljens komplexitet. Rekommendationerna bör dock beaktas så långt det är möjligt under planeringsstadiet. Formfyllnadsstudier kan vara ett ovärderligt hjälpmedel i dessa lägen. PLASTFORUM nordica Nr 7, del 2, maj 2001 13 I TOPP ● DEL 4 EFTERTRYCKSTID Det har visat sig att många formsprutare med erfarenhet av amorfa plaster normalt använder kortare eftertryckstid än kyltid. Olyckligtvis är så ofta fallet även när de bearbetar delkristallina plaster såsom POM, PA, PBT och PET. Reflekterat ljus (Detaljen delas genom den tjockaste delen) Visuell bedömning av porer (POM) Källa: DuPont Fig. 1 Den formsprutade detaljen ska inte överskrida 25 till 35 gram vid en given inställning av eftertrycket Detaljvikt (g) FORMSPRUTPROBLEMENS 10 För kort Material: POM-H* GF 20 Eftertryck: 90 MPa Pumphus, väggtjocklek 2,5 mm En eftertryckstid på 14 sekunder är tillräckligt för att säkra optimal kvalitet på detaljen ■ I detta fjärde avsnitt i DuPonts artikelserie om hur man med enkla metoder upptäcker och undviker problem som gärna uppstår vid formsprutning av delkristallina konstruktionsplaster har nu turen kommit till för kort eftertryckstid. I avsnittet behandlas de viktigaste punkterna för att nå inställningen av den mest fördelaktiga eftertryckstiden. Vad händer egentligen under eftertrycksfasen? Packningstid (sek) Den korrekta eftertryckstiden är lätt att bestämma på formsprutmaskinen. Man varierar eftertryckstiden i steg på 1 till 2 sekunder beroende på önskad noggrannhet. Detaljerna som framställs vägs på en noggrann våg efter att ingötet avlägsnats. Man plottar därefter detaljvikten mot eftertryckstiden som visas i figuren. Den optimala eftertryckstiden är den tid det tar för att få detaljens vikt konstant. Experimentell bestämning av den optimala eftertryckstiden Källa: DuPont Fig. 2 14 När formen väl har fyllts, börjar polymermolekylerna att kristalliseras, det vill säga att molekylkedjorna börjar ordna sig i förhållande till varandra. Detta resulterar i högre packning och densitet. Denna process startar i ytterskiktet och avslutas i mitten av godsväggen (se figur 1). Skillnaden i specifik volym kan vara så mycket som 14% när det gäller acetalplast och måste kompenseras med att ytterligare smält material efterfylles i formen PLASTFORUM nordica Nr 7, del 2, maj 2001 under eftertrycksfasen. Om eftertryckstiden är för kort kommer den att förorsaka att små håligheter (porer) bildas. Detta kommer att ha en negativ effekt på flera av den formsprutade detaljens egenskaper. Hur bedömer man om eftertryckstiden är för kort? Detaljer som tillverkats med för kort eftertryckstid uppvisar ofta stor krympning, skevning, sjunkmärken, porer och i vissa fall avsevärd förlust av de mekaniska egenskaperna. Dessutom finns alltid risken för stora förändringar av detaljens dimension. I många fall gör man misslyckade försök att kompensera dessa problem genom att öka kyltiden. Detta löser i regel inte problemen, utan resulterar i onödigt långa cykeltider. Ett sätt att upptäcka effekten av för kort eftertryckstid för oarmerade plaster, är att såga isär den formsprutade detaljen där godsväggen är som tjockast. Polerar man sedan snittet är Material det lätt att upptäcka porer och håligheter. Ett förstoringsglas eller ett vanligt mikroskop är tillräckligt för att bilda en första uppfattning. En mer noggrann metod är att göra mikrotomsnitt (se figur 1). Vid studie av dessa kan även de minsta defekter upptäckas vid genomlysning med polariserat ljus i ett transmissionsmikroskop. När det gäller armerade kvaliteter kan man lätt upptäcka defekter i brottytan, där godsväggen är som tjockast. Om eftertryckstiden har varit för kort kommer man att finna en skumliknande struktur i brottytan och en uppförstoring av detta område kommer att uppvisa fibrer som inte är inbäddade i polymeren. En annan metod är att göra en uppförstoring av en polerad yta där man kommer att upptäcka mikroporer vid studier i ett mikroskop. Den optimala eftertryckstiden kan bestämmas för en viss detalj genom att väga ett antal skott (med avlägsnat ingöt, se figur 2). Detta är den mest praktiska metoden för att bestämma eftertryckstiden. En fingervisning på optimal eftertryckstid kan också fås ur tabellvärden (se figur 3). Dessa värden baseras på en bestämd väggtjocklek (3 mm) och tar inte hänsyn till variationer i temperatur, kristalliseringstillsatser och pigment, insprutningshastighet etc. Om väggtjockleken är mindre än 3 mm kommer värdena att minska, och på motsvarande sätt öka om väggtjockleken är större. vanligtvis är 0,5 – 1 sekund längre än den uppmätta doseringstiden. Detta förutsätter dock att ingötet är rätt dimensionerat och placerat (se del 2 och 3 av denna serie. Det är också viktigt att hålla ett konstant eftertryck under hela eftertrycksfasen. Det korrekta eftertrycket varierar mellan 60 och 100 MPa, beroende på vilket material som användes. Av Ulf Bruder, Karl Leidig, Ernst A. Poppe och Karl Schirmer, DuPont Engineering Polymers. Hur man ställer in rätta värden För att erhålla optimala egenskaper hos den formsprutade produkten kan man fastställa eftertryckstiden genom att väga detaljerna. Kyltiden skall vara så kort som möjligt, vilket Kristalliseringstid per mm väggtjocklek Brottöjning (%) POM-H, medelviskös Eftertryckstid (sek) Kristalliseringshastighet vid väggtjocklek 3 mm Källa: DuPont Eftertryckstidens effekt på brottöjningen Källa: DuPont Fig. 4 Fig. 3 Formfyllningsfasen (oordnad) Amorf polymer Formrum Delkristallin polymer, formsprutad som en amorf Ingöt Delkristallin polymer, optimalt formsprutad Eftetryckstiden (ordnad) Eftertryckstid Kyltid Eftertrycks- och kyltid Källa: DuPont Fig. 5 PLASTFORUM nordica Nr 7, del 2, maj 2001 Schematisk presentation av molekylstrukturens förändring under eftertryckstiden. Källa: DuPont Fig. 6 15 ■ I denna femte artikel i DuPonts serien om tio behandlas vad man bör tänka på vid formsprutning av acetalplast (POM), nylon (PA) och termoplastiska polyestrar (PBT och PET). Vad händer vid felaktig smältatemperatur? Smältatemperaturen kan vara antingen för hög eller för låg, vilket i båda fallen är fel. Jämn temperaturfördelning i smältan är också en faktor som måste beaktas. För höga temperaturer bryter ned polymeren, det vill säga förstör molekylkedjorna. Man kan också råka ut för att tillsatsmedel såsom exempelvis pigment och slagseghetstillsatser bryts ned. Resultatet leder till sämre mekaniska egenskaper (förorsakade av kortare molekylkedjor), ytdefekter (förorsakade av nedbrytningsprodukter) och otrevlig lukt. När temperaturen är för låg uppnås inte homogen 16 TEMPERATUR Smältatemperatur (°C) 270 PA 66 GF 30 230 245 260 275 290 100 % 100 doserlängd max. doserlängd 100 98 96 94 92 90 88 86 84 82 80 Kapacitetsutnyttjande Att välja rätt smältatemperatur är avgörande för detaljens kvalitet vid formsprutning av delkristallina plaster. I regel är bearbetningsfönstret mindre än vid formsprutning med amorfa plaster. Formsprutaren har här en möjlighet att påverka slutproduktens egenskaper direkt vid maskinen. SMÄLTA- 260 240 60 40 20 50 100 150 Cykeltid (sek) Påverkan av inmatningstemperatur Källa: DuPont 250 80 Temperatur i inmatningszon (°C) Temperaturområde för PBT Fig. 1 200 Källa: DuPont Fig. 2 Material Smältpunkt °C Rekommenderad smältatemperatur °C 100 POM - H 175 215 ± 5 PA 66 255 290 ± 10 80 PA 66 GF 30 255 295 ± 10 60 PA 6 225 250 ± 10 PA 6 GF 30 225 270 ± 10 PBT 225 250 ± 10 PBT GF 30 225 250 ± 10 PET GF 30 255 285 ± 5 Slagseghet (%) ● DEL 5 Felaktig Smältpunkt = 255 °C I TOPP Slagseghet (%) FORMSPRUTPROBLEMENS 10 40 Hur ser man om smältan är felaktig? När det gäller POM så förorsakar för hög temperaturpåkänning att materialet bryts ned med gasutveckling (bubblor) i smältan. Detta 310 °C vid 280 °C 0 5 10 Uppehållstid (min) 15 Uppehållstid för slagseg PA 66 Källa: DuPont kristallstruktur. Risken för osmälta granulat ökar, vilket dramatiskt försämrar slagsegheten och andra mekaniska egenskaper. Förutom temperaturen spelar också polymerens uppehållstid i cylindern en viktig roll. Försök har visat att uppehållstider mellan två och nio minuter är normalt. Om uppehållstiden är längre kan nedbrytning ske i vissa fall även om smältatemperaturen är korrekt. Om uppehållstiden är kortare hinner i regel inte smältan att bli tillräckligt homogen. Max. tillåten uppehållstid vid 310 °C 20 Bearbetningstemperaturer Fig. 3 280 °C 20 Källa: DuPont Fig. 4 syns tydligt då cylindern töms. Andra symptom är ökad formbeläggning och starkt stickande lukt. De mekaniska egenskaperna påverkas dock obetydligt av för höga temperaturer hos smältan. Polyamid missfärgas under ogynnsamma förhållanden, som exempelvis vid överhettning orsakad av att munstyckstemperaturen är för hög. Termisk nedbrytning påverkar de mekaniska egenskaperna i alla typer av polyamid (PA66, PA6, PA612 etc). Detta kan lätt analyseras i laboratoriet genom att mäta den relativa viskositeten. Få formsprutare har dock denna typ av mätutrustning. PBT och PET är ännu känsligare för överhettning vilket leder till sprödhet. Man ser sällan fel på detaljerna vid formsprutningen. Saknas lämplig kontrollutrustning visar sig felen oftast först vid montering eller normal användning. Missfärgning uppstår först vid oerhörd stor nedbrytning. Den bästa kvalitetskontrollen är slagseghetstest på slumpvis utplockade detaljer, eftersom smältindexmätning både är tidsödande och dyrbar att utföra. Om man kan iaktta osmälta granulat vid tömning av cylindern för oarmerad PA eller PBT är detta ett tecken på för låga temperaturer eller att för stor del av cylindern tas i anspråk för varje skott. Rätt smältatemperatur I konstruktionsplasternas datablad återfinns den optimala bearbetningstempera- PLASTFORUM nordica Nr 7, del 2, maj 2001 Bra POM Dålig Osmälta granulat Smältan är inte homogen Smältan flyter homogent Gasblåsor p.g.a. nedbrytning PA 66 Bra Tvärsnitt av utsprutat material PA 66 Bedömning av smältans kvalitet Källa: DuPont Fig. 5 turen för varje kvalitet. I regel går det inte att ange inställningen av maskinens temperaturzoner i databladen eftersom temperaturen, vid sidan av energitillförseln från värmebanden, också stiger på grund av friktionsvärme vid skruvrotationen. Hur mycket värme som tillförs på detta sätt beror på skruvens geometri, skruvvarvtal och mottryck. Temperaturen bör alltid mätas med hjälp av en s.k. pyrometer och för att mätningen skall bli tillräckligt noggrann bör följande beaktas: ● Mätspetsen bör inte vara grövre än 1,5 mm i diameter för att få tillräcklig snabbhet ● Förvärm mätspetsen ● Fånga upp smältan i en värmeisolerande behållare ● Rör om med mätspetsen i smältan under mätningen för att eliminera ett isolerande fruset polymerskinn bildas på spetsen. När man kör in en ny produkt och inte har några gamla inställningsvärden att falla tillbaka på bör man starta med att ställa in en temperaturprofil som är 10–15°C MATERIAL SMÄLTPUNKT POM-H 175°C 215+ 5°C PA 66 255°C 290+10°C PA 66 GF 30 255°C 295+10°C PA 6 255°C 250+10°C PA 6 GF 30 255°C 270+10°C PBT 255°C 250+10°C PBT GF 30 225°C 250+10°C PET GF 30 255°C 285+ 5°C över materialets smältpunkt i inmatningszonen, 5–10°C under den rekommenderade smältatemperaturen i mittzonen och på rekommenderad temperatur i zonen närmast munstycket. Temperaturen finjusteras sedan i förhållande till den temperatur som uppmäts med pyrometern. Munstyckstemperaturen justeras så att munstycket varken fryser eller dreglar. Om uppehållstiden i cylindern är lång och doseringen liten rekommenderas i regel stigande temperaturprofil. Utnyttjas mellan 40 60% av cylindern för varje skott rekommenderas en platt temperaturprofil (rekommenderad smältatemperatur på samtliga zoner). Har man kort uppehållstid och doserar mer än PLASTFORUM nordica Nr 7, del 2, maj 2001 REKOMMENDERAD SMÄLTATEMPERATUR Mätning av smältatemperatur Källa: DuPont Fig. 6 60% av cylinderns kapacitet i varje skott ger en fallande profil (högsta temperatur vid tratten) bästa resultat. Ställ aldrig in en temperatur på cylindern som ligger under materialets smältpunkt. Av Ulf Bruder, Karl Leidig, Ernst A. Poppe och Karl Schirmer, DuPont Engineering Polymers. 17 I TOPP ● DEL 6 Vid formsprutning av delkristallina konstruktionsplaster såsom POM (acetalplast), PA (nylon), PBT och PET (polyestrar) är det viktigt att formtemperaturen är korrekt inställd. Grundförutsättningen för att kunna bearbeta materialet med rätt formtemperatur ligger i verktygskonstruktionen. Endast om verktyget är rätt konstruerat kan formsprutaren tillverka detaljer av god kvalitet med hjälp av verktygstemperering. Detta kräver nära samarbete i konstruktionsoch planeringsstadiet för att produktionsproblem skall kunna undvikas i ett senare skede. FORMTEMPERATUR Form vid 40 °C Form vid 90 °C Ytskiktet otillräckligt kristalliniserat Optimal struktur Inverkan av formtemperaturen på strukturen hos acetalplast Källa: DuPont Fig. 1 Rekristallinisationstopp (formtemperaturen för låg) Värmeströmning FORMSPRUTPROBLEMENS 10 Felaktig Formtemperatur 50° C Formtemperatur 90° C Formtemperatur 120° C Optimal process Transitionsminimum PET-GF 45 60 80 100 110 120 140 160 180 200 220 240 260 280 Temperatur ( °C ) Inverkan av formtemperaturen på DSC-kurvor (differential scanning calorimetry) Källa: DuPont Fig. 2 ■ I denna sjätte artikel i DuPonts serie av tio avsnitt behandlas felaktig formtemperatur. Det symtom som är lättast att upptäcka är dålig ytfinish på den formsprutade detaljen. Detta beror oftast på för låg yttemperatur i formrummet. Formkrymp och efterkrymp hos delkristallina 18 plaster beror i hög grad på formtemperaturen och väggtjockleken hos detaljen. Med formkrymp menar vi den omedelbara krymp som i regel uppmäts inom ett dygn efter formsprutningen. Efterkrympningen är en temperatur- och tidsberoende process som beror av s.k. efterkristallisering och som kan pågå under många månader om man inte accelererar processen i en ugn (kallas åldring). Ojämn temperaturfördelning i verktyget kan således medföra oregelbunden krymp. Detta i sin tur kan leda till att man inte kan uppnå måttoleranserna. I de mest ogynnsamma fallen går det inte att korrigera krympen med formsprutningsparametrar- na, vare sig det gäller oarmerade eller armerade material. När måtten på högtemperatursapplikationer minskar under användning beror detta i regel på att formtemperaturen varit för låg. För låg formtemperatur medför visserligen att formkrympen blir mindre, men i detta fall ökar efterkrympningen betydligt. PLASTFORUM nordica Nr 7, del 2, maj 2001 följande lista av rekommendationer endast ses som generella anvisningar. ● När man konstruerar formverktyg som har en liten skottvikt trots stora dimensioner är det viktigt att värmeöverföringen är tillräcklig bra. ● Var generös med dimensioneringen av tempereringskanalernas diameter i formverktyg och anslutningsrör eller slangar. Använd inte kopplingar med för stor strypning av flödet. ● Använd om möjligt tryck- Rekommendationer för korrekt inställning av formtemperatur Formverktyg tenderar att bli mer och mer komplexa, vilket i sin tur medför att det blir svårare att skapa de rätta förutsättningarna för effektiv formtemperering. Utom i de fall när det handlar om mycket enkla detaljer är formtemperering alltid en fråga om att kompromissa. Med hänsyn till detta skall vattensystem för formtemperering. Anslut slangar och fördelare som motstår högt tryck och temperatur (upp till 8 bar och 130°C). Efterkrympning (%) ● Temperering av kaviteterna måste planeras på ett mycket tidigt stadium av verktygskonstruktionen. 0,4 PLASTFORUM nordica Nr 7, del 2, maj 2001 0,3 0,2 ° °°° °°° Fo 0,1 ° °°° 60 °° F rm or m te ur at er mp p te m 80 10 tur era 80 100 120 Åldringstemperatur (°C) Efterkrympning Källa: DuPont Fig. 3 3,6 ● Specificera tempererings- kraven som skall klaras av i verktyget. Verktygsmakarens tabeller bör kunna visa vilken dimensionering som krävs för en viss flödeshastighet. ● Använd isoleringsplattor PBT Väggtjocklek 2 mm Väggtjocklek 4 mm 0 Krympning (%) Om en lång igångkörningsfas krävs innan detaljens dimensioner har stabiliserats är det tecken på att verktygets temperering är, eftersom verktygstemperaturen troligen stiger hela tiden tills jämvikt erhålls. Otillräcklig värmeöverföring i vissa delar av verktyget kan medföra en avsevärd förlängning av cykeltiden och därmed ökade tillverkningskostnader. Felaktig formtemperatur kan i vissa fall fastställas i efterhand på formsprutade detaljer med hjälp av avancerade analysmetoder såsom strukturanalys eller mikrotomsnitt (t.ex. för acetalplast) eller differential scanning kalorimeter (DSC), vilket ofta används för PET. Medelviskös POM homopolymer (3,2 mm, 80 MPa) 3,2 Rekommenderat temperaturområde 2,8 2,4 Efterkrymp 2,0 1,6 Formkrymp Total krymp 1,2 Nysprutad 0,8 60 70 80 90 100 110 120 Formtemperatur (°C) Krympningsbeteende Källa: DuPont Fig. 4 19 Material POM - H 90 °C PA 66 70 °C PA 66 GF 30 Forts del 6 Rekommenderad formtemperatur 110 °C PA 6 70 °C PA 6 GF 30 85 °C PBT 80 °C PBT GF 30 80 °C PET GF 30 110 °C Formtemperaturer Källa: DuPont Fig. 5 både mellan den fasta och rörliga verktygshalvan och maskinborden. ● Använd separata tempereringsaggregat för den rörliga och fasta verktygshalvan. ● Använd separata tempereringsaggregat för varje slid och kärna så att man kan arbeta med varierande uppstartningstemperaturer för att snabbt komma i produktion. ● Koppla alltid olika kylkanaler i serie, aldrig parallellt. Om kanalerna är parallellkopplade kommer små skillnader i flödesmotstånd att förorsaka olika volymetriska flödeshastigheter av kylvätskan, så att större temperaturdifferenser kan uppstå jämfört med seriekopplade system. (Seriekopplade kretsar kommer bara att fungera tillfredsställande om det är mindre än 5 °C skillnad mellan ingångs- och utgångstemperaturerna). ● Det är en fördel att ha instrument som visar både utgående och inkommande temperatur på tempereringsaggregatet. ● Den bästa kontrollen får man om man bygger in temperaturgivare i formverktyget som sedan ansluts till formsprutmaskinens processtyrning. Man får termisk jämvikt i formverktyget efter ett visst antal skott när man kör heleller halvautomat, vanligtvis minst 10 skott. Den aktuella temperaturen vid jämvikt 20 beror på många faktorer. Temperaturen på de ytor som är i kontakt med plastmaterialet kan antingen mätas med termoelement inbyggda i verktyget (kännaren 2 mm under ytan) eller mera vanligt med en handburen pyrometer. Pyrometerns givare bör vara utformad för ytmätning och mycket snabb. Man bör mäta på flera ställen, inte bara på ett ställe per halva. Justering kan sedan göras på tempereringsaggregatet så att man får den önskade temperaturen i formrummet. Plastleverantörernas processdatablad anger i regel de rekommenderade formtemperaturerna. Dessa rekommendationer representerar alltid den bästa möjliga kompromissen mellan bra ytfinish, mekaniska egenskaper, krympegenskaper och cykeltid. Formsprutare av precisionsdetaljer, detaljer med höga utseendekrav eller säkerhetsdetaljer använder i regel högre formtemperaturer (ger lägre efterkrympning, bättre ytglans och jämnare egenskaper). Tekniskt formgods med lägre krav som måste tillverkas till lägsta möjliga kostnad kan vanligtvis sprutas med något lägre temperaturer. Formsprutaren bör emellertid vara väl medveten av konsekvenserna av att gå ned i temperatur och testa detaljerna noga för att vara säker på att man ändå uppfyller kundens kravspecifikation. PLASTFORUM nordica Nr 7, del 2, maj 2001 FORMSPRUTPROBLEMENS 10 I TOPP ● DEL 7 Delkristallina konstruktionsplaster, såsom POM (acetalplast), PA (nylon), PBT och PET (termoplastiska polyestrar), används främst för sina utomordentliga mekaniska, termiska och elektriska egenskaper. Andra fördelar, jämfört med amorfa konstruktionsplaster, är bland annat den utmärkta kemikaliebeständigheten samt motstånd mot spänningssprickbildning. För många applikationer i konstruktionsplaster är kraven på en bra yta också viktig. Dålig YTFINISH ■ Denna sjunde artikel i DuPonts serie om tio behandlar dålig kvalitet på ytan och ger tips om hur man kan eliminera problem med eventuella ytdefekter. ● Uppstår ytdefekterna bara vid körning i en maskin eller på andra maskiner också? Upptäckt och bestämning av ytdefekter Analys av möjliga felorsaker som medför ytdefekter För att kunna lösa problem med ytdefekter måste man först bestämma exakt var och när dessa uppstår. Härvid gäller det att observera ytdefekterna under pågående formsprutning. De punkter som man måste få klarhet om är: Ytproblem kan förorsakas av många olika faktorer såsom: ● Uppstår defekterna vid varje skott eller oregelbundet? ● Uppstår defekterna alltid i samma formrum? ● Uppstår defekterna alltid på samma ställe på detaljen? ● Kan man se tendenserna redan under en formfyllnadstudie? ● Syns problemet redan på ingötstappen? ● Vad sker med ytdefekten om man byter till en annan materialbatch? Materialhantering: Torkning, dispergering av tillsatser, närvaro av föroreningar (främmande partiklar). Bearbetningsparametrar: Smältatemperatur, formtemperatur, insprutningshastighet och omkopplingspunkt. Konditionen hos insprutningsenheten: Dvs. förslitning eller uppehållsfickor (avstängningsmunstycke etc.). Konstruktion av varmkanalsystem: Utformning av fördelningskanaler, uppehållsfickor etc. Formkonstruktionen: Placering av ingöt, ingötsdimensionering, skarpa kanter hos ingötet, kallpluggsficka, avluftning etc. ● Olika tillsatsmedel såsom pigment, armering, ommalt material etc. ● Typ av polymer (smältaviskositet, temperaturbeständighet etc.). Slutsatser som kan dras av olika ytdefekter 1. Regelbundna defekter som uppträder på samma ställe. 22 Om defekten uppträder regelbundet och alltid på samma ställe indikerar detta att det är ett problem härrörande från munstycket eller varmkanalsystemet. Utformningen av ingötskanalen, ingötet eller detaljen i sig själv kan också vara orsaken, som exempelvis skarpa hörn och plötslig förändring av väggtjockleken. Andra orsaker kan vara bearbetningsbetingelser såsom insprutningsprofil eller omkopplingspunkt. 2. Oregelbundna defekter När ytdefekterna uppträder oregelbundet och på olika ställen bör man kolla materialhanteringen (blandningskvalitet, närvaro av fina partiklar efter kvarn). Bearbetningsparametrar såsom för låg smältatemperatur, mottryck, skruvrotation och dekompression kan också spela en viktig roll. 3. Ytdefekter som täcker ett stort område Denna typ av defekter breder i regel ut sig över hela detaljen och är ofta synlig redan på ingötstappen. Här skall man kontrollera om nedbrytning av smältan har skett. Detta görs genom att man backar cylindern och sprutar ut smältan, varvid man ser om den exempelvis ryker eller skummar. När det gäller varmkanalsverktyg kan detta dock vara ett problem eftersom nedbrytningen kan härröra från varmkanalsystemet. Nedbrytning av smältan beror på nedbrytning av antingen polymeren eller av ingående tillsatsmedel p.g.a. överhettning eller för lång uppehållstid i cylindern. PLASTFORUM nordica Nr 7, del 2, maj 2001 Symtom Symptom Strimmor flödesriktningen Material Var och när Trolig orsak Lämplig motåtgärd • Vid varje skott över stora ytor • Fuktigt material (PA) • Termisk nedbrytning Kontrollera: • Fukthalt • Torkning • Smältatemperatur Mineralarmerade kvaliteter • Vid varje skott • Efter skarpa hörn • Nära ingötet • För hög skjuvning • Yttre skinnet brister • Minska insprutningshastigheten • Profilera insprutningshastigheten • Runda skarpa hörn • Öka ingötsarean Kallplugg Alla, speciellt oarmerade kvaliteter • Uppträder vanligtvis på samma ställe • Går genom hela väggtjockleken Kallpluggen eller inhomogen smälta från munstycket eller varmkanalsystemet har kommit in i kaviteten • Öka kallpluggsfickan • Öka om möjligt munstyckstemperaturen Sjunkmärken Alla, speciellt oarmerade kvaliteter • Mitt emot ribbor • Vid godsanhopning • Större krymp vid godsanhopningar, eftersom eftertrycket inte packar tillräckligt bra här • Förbättra konstruktioner d vs gör ribborna tunnare och eftersträva jämn godstjocklek • Flytta ingötet Förkolnad yta Alla Alltid på samma ställe (nära sammanflytningslinjer och där det fylls sist) • Oxidering av komprimerad luft • Förbättra avluftningen som inte kommer ut (dieseleffekt) • Spruta in långsammare Alla, speciellt oarmerade kvaliteter • Sporadiskt placerat på olika ställen • Materialet har inte smält tillräckligt och homogeniserats • Kontrollera smältatemperaturen (troligen för låg) • Öka mottrycket • Kontrollera skruvrotationen • Öka maskinstorlek (längre uppehållstid) Fristråle "Jetting" Alla • Vid varje skott • Startar vanligtvis vid ingötet • Stråle av smält material rakt in i kaviteten, utan att brytas av vägg eller kärna så att laminärt flöde kan ske • Spruta långsammare (om möjligt profil) för att erhålla laminärt flöde • Bryt flödet bakom ingötet (kärna) • Flytta ingötet Oregelbunda bruna fläckar Alla • 5-15 skott är bra sedan kommer 1-2 defekta varefter yterligare 5-15 bra skott följer etc. • Uppehållsfickor i munstycke eller varmkanal släpper nedbrutet material med jämnt mellanrum • Avlägsna uppehållsfickorna • Förbättra genomströmningen Armerade kvaliteter • Nära slutet på fyllningen • Efter hörn och strypningar • Nära ribbor • Flödesfronten stannar upp under kort tid vid fyllningen • Material kristalliserar innan det packats ut mot väggen • Glasfibrerna lägger sig i ytan • Öka insprutningshastigheten • Kontrollera smältatemperaturen (kan vara för låg) • Kontrollera omkopplingspunkten så att kaviteten inte fylls med eftertrycket Marmorering Osmälta partiklar (granulat) Vitaktig grov yta Alla Typiska ytdefekter och motåtgärder När det gäller hygroskopiska polymerer (t.ex. PA, PBT och PET) kan nedbrytningen bero på att en hydrolysreaktion uppstått om materialet inte har torkats tillräckligt. Allmänna rekommendationer Om ytans kvalitet är av stor betydelse bör man undvika varmkanalsystem för delkris- tallina konstruktionsplaster. Om varmkanalsystem används bör direktinsprutning i detaljen undvikas. Istället bör en liten fördelningskanal användas, som fungerar som en värmeisolering mellan detaljen och munstycket. Härigenom reduceras risken för ytdefekter. Kallpluggen som kommer PLASTFORUM nordica Nr 7, del 2, maj 2001 från munstycket eller varmkanalsdysan bör fångas upp i en speciell kallpluggsficka mittemot ingötstången eller dysan så att den inte kan följa med ut i detaljen. Ovanstående tabell tar upp olika ytdefekter och ger tips på hur dessa kan elimineras. I praktiken uppstår olika ytdefekter samtidigt, Källa: DuPont vilket gör att felsökning och eliminering av dem blir mycket svårare. Av Ulf Bruder, Karl Leidig, Ernst A. Poppe och Karl Schirmer, DuPont Engineering Polymers. 23 I TOPP ● DEL 8 Vid formsprutning av delkristallina konstruktionsplaster är valet av ett korrekt utformat varmkanalsystem avgörande både för funktionen hos verktyget och detaljens kvalitet. Härvid måste temperaturen kontrolleras mycket noggrannare än vad som är fallet för amorfa material. Typ av varmkanalssystem och hur det byggs in bestämmer egenskaperna hos den färdiga detaljen. ■ Denna åttonde artikel i DuPonts serie om tio belyser olika problem med varmkanalsverktyg genom att ta upp de viktigaste punkterna som bör beaktas vid val av lämpligaste varmkanalssystemet för POM (acetalplast), PA (nylon), PBT och PET (polyestrar). Vad händer om ett olämpligt varmkanalssystem används? Olämpliga varmkanalssystem förorsakar vanligtvis stort tryckfall. Dessa system måste, om de över huvudtaget kan användas, arbeta vid mycket höga temperaturer. Detta bryter vanligtvis också ned polymeren, med alla de negativa konsekvenser som beskrevs i del 5 av denna arti24 VARMKANALSproblem luftspalt temperaturer för PA 66 FORMSPRUTPROBLEMENS 10 varmkanalsblock 290 - 310 °C liten kontaktyta verktyg 80 °C Rekommenderad munstycksutformning separata kretsar De ovan nämnda delkristallina polymererna uppvisar alla Källa: DuPont luftspalt Indirekt ingöt Källa: DuPont Vilka punkter bör beaktas? ingöt minst. 260 °C Termisk isolering Källa: DuPont Separat uppvärmning kelserie med rubriken ”Felaktig smältatemperatur”. Stänkmärken, missfärgning och andra ytdefekter kommer härvid att uppstå på grund av lokal överhettning. De resulterande nedbrytningsprodukterna av polymeren förorsakar dessutom ofta formbeläggning, igensättning av avluftningskanaler eller andra oönskade effekter. munstycke max. 310 °C ett snävt toleransområde mellan den rekommenderande smältatemperaturen och polymerens stelningstemperatur. Det är därför nödvändigt att termiskt isolera varmkanalen så effektivt som möjligt från ingötskanaler och munstycke. Uppehållsfickor med inget eller obetydligt genomflöde bör inte förekomma någonstans i systemet. Varmkanalsmunstycket skall utformas så att man utan problem kan balansera kanalerna. Detta är enda Källa: DuPont möjligheten för att åstadkomma likformigt tryckfall, fyllning och uppehållstid i samtliga formrum. Om man har små skottvikter är det fördelaktigare med indirekta ingöt, istället för ingöt direkt på detaljen. Detta gäller speciellt för glasfiberarmerade material. Med indirekta ingöt ökar man materialflödet genom varje varmkanalsmunstycke och värmen i massan blir lättare att kontrollera. Man kan också ha stora ingöt i varmkanalsmunstycket, men PLASTFORUM nordica Nr 7, del 2, maj 2001 yttre uppvärmning (rekommenderas) ogynnsam uppehållsficka rätt acceptabel polymer inre uppvärmning (ogynnsam) rekommenderas ej (ej balanserade) värmepatron rekommenderas rätt Krök på flödeskanalen Källa: DuPont ändå behålla små konventionella ingöt på detaljen. En kallpluggsficka bör alltid placeras mitt emot varmkanalsmunstycket, för att förhindra att material som frusit i munstycket kommer in i detaljen. Separat temperaturreglering bör finnas för ingötsbussning (intag i verktyget), varmkanalsblock och för varje varmkanalsmunstycke. Då kan alla delar balanseras var för sig. Detta är viktigt bland annat med tanke på temperaturkänsligheten hos massan. Temperaturregleringen bör ske med s.k. PIDregulatorer för att bästa noggrannhet ska kunna uppnås. Varmkanalsdelen i verktyget bör ur styvhetssynpunkt stadgas upp på samma sätt som utstötarsidan. Verktyget är vekast närmast ingötskanalerna och bör stadgas upp så mycket som möjligt. Separata tempereringskanaler (kylkanaler) bör förläggas i omedelbar närhet av varmkanalsmunstyckena, så att korrekt verktygstemperatur kan justeras fram i formväggen. Flödeskanal inuti varmkanalsblocket Kriterier för val av varmkanaler och munstycken Kanaler med fullt tvärsnitt och med symmetrisk uppvärmning runt om kanalen är den bästa lösningen. Rörformade kanaler eller kanaler som har invändig uppvärmning med cirkulära värmepatroner kommer att få en avsevärd tryckförlust och bör om möjligt undvikas. Temperaturkänsliga material såsom POM eller kvaliteter med flamskyddsmedel bör ha så liten strypning som möjligt i varmkanalen. Varmkanalssystemet bör vara öppet, uppvärmt med yttre värmekällor runt om och med konstant tvärsnitt i flödeskanalen. Uppdelning av massaflödet i flera separata kanaler bör undvikas i anslutning till ingötet (multipelmunstycken), eftersom man sällan får likformigt flöde och därmed svårigheter att balansera de olika formrummen. Det bör finnas tillräckligt med värmepatroner i systemet och dessa bör vara så fördelade att en jämn PLASTFORUM nordica Nr 7, del 2, maj 2001 Placering av munstycken Källa: DuPont uppvärmning kan erhållas. Det är en fördel om utbytbara spetsar på varmkanalsmunstycken kan användas. Detta är speciellt viktigt om man bearbetar material med ökat slitage på verktyget (exempelvis glasfiber- eller mineralarmering). Nålventilsmunstycken rekommenderas inte vid bearbetning av POM. Om andra typer av material kräver användning av avstängningsmunstycken bör nålventilsmunstycken med så liten strypning Källa: DuPont (tryckfall) som möjligt användas. Slutligen bör framhållas att det finns ett stort antal varmkanalssystem på marknaden som fungerar alldeles utmärkt för ovan nämnda delkristallina konstruktionsplaster om man följer rekommendationerna i denna artikel. Av Ulf Bruder, Karl Leidig, Ernst A. Poppe och Karl Schirmer, DuPont Engineering Polymers. 25 ● DEL 9 Delkristallina konstruktionsplaster såsom POM (acetalplast), PA (nylon), PBT och PET (polyestrar) skevar betydligt lättare än amorfa polymerer. Detta bör beaktas redan vid konstruktion av verktyg och detaljer i dessa material. Om så inte sker är det nästan omöjligt att korrigera skevningsproblemen i efterhand. ■ I denna näst sista artikel i DuPonts serie om tio behandlas orsakerna till skevning samt åtgärder för att motverka eller eliminera denna. Vilka är de vanligaste orsakerna till skevning? Tendensen till skevning är relativt hög i delkristallina plaster och påverkas av ett antal olika faktorer. När det gäller oarmerade material påverkas skevningen främst av godstjockleken och formtemperaturen. Detta innebär att stora variationer i godstjocklek och ogynnsam temperaturfördelning i verktyget kommer att medföra att detaljen skevar. När det gäller glasfiberarmerade material beror skevningen i huvudsak på orientering av glasfibern. Effekten av ojämn godstjocklek har 26 SKEVNING 2,2 2,2 2,0 2,0 1,8 1,8 1,6 1,6 1,4 1,4 1,2 40 60 80 100 120 1,2 1 2 Formtemperatur (°C) 3 mindre betydelse, utan iställetberor skevningen på skillnad i glasfiberns orientering längs med och tvärs flödesriktningen vid fyllning av detaljen. Andra orsaker som kan påverka skevningen, förutom fiberorientering, ojämn godstjocklek och ogynnsam temperaturfördelning i verktyget, är placeringen av ingöt, strypningar och flödesriktare liksom detaljens inneboende styvhet. Oavsett om materialet är fiberarmerat eller inte kan de olika faktorer som påverkar skevning ha motverkande effekt på varandra i samma detalj. Hur kan skevning förebyggas? Oarmerade material kräver jämn godstjocklek. Godsanhopningar bör undvikas i görligaste mån. Insprutning med flera ingöt kan användas för att minska tryckfallet påolika ställen i detaljen och därigenom reducera tendensen till skevning. Formtempereringen bör utformas så att värmen leds bort så jämt som möjligt (se artikel 6 i denna serie). När det gäller fiberarmerade material spelar symmetrin hos den formsprutade 4 Godstjocklek (mm) Krymp hos oarmerad PBT Källa: DuPont 1,4 n rienteringe Tvärs fibero 1,2 1,0 Krymp (%) I TOPP Krymp (%) FORMSPRUTPROBLEMENS 10 0,8 0,6 0,4 ingen enter rori d fibe e sm Läng 0,2 0 1 2 3 Godstjocklek (mm) 4 Krymp hos PBT med 30% glasfiber Källa: DuPont detaljen lika storroll som jämn godstjocklek. Asymmetriska detaljer hindrar smältflödet och påverkar fiberorienteringen, samtidigt som man riskerar att få skevning. När det gäller asymmetriska detaljer kan det ibland vara nöd-vändigt att balansera verktyget genom att lägga in blindpluggar redan vid planerings- och konstruktionsstadiet av verktyget. Placeringen av ingöt är också viktigt – varje genväg och sammanflytningslinje utgör en skevningsrisk. Vilka möjligheter finns att tillgå för formsprutaren? Under förutsättning att detaljen, ingötet och verktyget i övrigt är rätt konstruerade, kan formsprutaren påverka skevningen upp till en viss grad med hjälp av eftertryck och formtemperatur. Det är också mycket vanligt PLASTFORUM nordica Nr 7, del 2, maj 2001 Sk ev n ing ste n de ns Oarmerad Fel Rätt Ingötsplacering och fiberorientering Källa: DuPont Fiberarmerad Asymmetri och skevning Skevning med ribborKälla: DuPont Källa : DuPont 1,2 o 0,32 % o 40 Krymp i tvärled (%) 60 Skevningstendens med flödesbegränsningar 0,6 6% 0,46 % 0,4 Skevningstendens utan flödesbegränsningar 32 % 0, 0 0 0,25 Krymp i längsled (%) Flödesprofil och skevning för PBT GF 30 att mananvänder sig av flera olika kylslingor i verktyget, för att därigenom kunna optimera värmeavledningen. När det gäller armerade material kan reducering av insprutningshastigheten eller sänkning av formtemperaturen hjälpa något. Har risken för skevning inte förutsetts redan vid konstruktionen av detaljen och verktyget kan man inte göra några större underverk med formsprutningsparametrarna. Vad kan göras när man redan fått skevning? Den viktigaste åtgärden man bör göra, speciellt med glasfiberarmerade material, är att genomföra en praktisk formfyllnadsstudie, d.v.s. börja med alldeles för kort doseringsväg och öka denna stegvis efterhand så att man kan se hur verktyget fylls. Genom att studera flödesfronten kan en bedömning av glasfiberorienteringen gör as. Tas sedan hänsyn till krympkurvan vid olika väggtjocklek för det armerade materialet kan man göra en bedömning av hur flödesriktare eller strypningar kan påverka det hela. Dessa påverkar ju flödesfronten och således också skevningen Denna metod kräver dock en hel del praktisk erfarenhet, samtidigt som man ökar kunskapen för att kunna före bygga problemen i kommande konstruktioner. Den har också sina begränsningar genom att olika material beter sig olika, beroende på deras egenskaper och uppbyggnad. Man kan aldrig förvänta sig att erhålla samma PLASTFORUM nordica Nr 7, del 2, maj 2001 Källa: DuPont planhet i ett delkristallint material som i ett amorft. Det bör därför nämnas att man kan skapa lågskevande delkristallina material genom inblandning av ett amorft material (t.ex. PBT + ASA). Man kan också i vissa fall ersätta glasfiber med min eral om man vill ha ett styvt material med reducerad skevning. I båda dessa fall görs en kompromiss mellan materialens egenskaper och skevning. Den sista men också den dyraste åtgärden är att ändra i verktyget. En möjlighet att hålla nere kostnaderna kan vara att bara öppna ett formrum i ett flerfacksverktyg och göra utvärdering och korrigering av detta innan man färdigställer de andra formrummen. Av Ulf Bruder, Karl Leidig, Ernst A., Poppe och Karl Schirmer, DuPont Engineering Polymers. 27 ● DEL 10 I denna sista artikel i DuPonts serie om hur man med enkla metoder upptäcker och undviker problem som ofta uppstår vid formsprutning av delkristallina konstruktionsplaster, har nu turen kommit till formbeläggning. Beläggning av formrumsväggar kan uppträda vid bearbetning av de flesta termoplaster. Eftersom kraven på slutprodukterna hela tiden ökar medför detta också att användning av tillsatsmedel ökar. Tillsatser kan vara exempelvis flamskyddsmedel eller slagseghetstillsatser, och dessa tillsatser ger ofta beläggning på väggarna i formrummet. FORMBELÄGGNING Möjlig orsak Termisk nedbrytning I TOPP För hög skjuvning FORMSPRUTPROBLEMENS 10 • Smältatemperaturen är för hög • Uppehållstiden i cylindern är för lång • Mät smältatemperaturen och reducera till rekommenderad nivå • Kontrollera om utsprutad massa har spår av nedbrutet material, d.v.s. svarta prickar eller gasbubblor i smältan • Profilera cylindertemperaturen med tanke på uppehållstiden • Kontrollera temperaturerna i varmkanalsverktyg och sänk dem om möjligt Uppehållsfickor i munstycke, backströmsventil, slitage i cylindern eller uppehållsfickor i varmkanalsverktyg • Påvisa uppehållsfickor genom färgbyte (lång renköringstid tyder på problem) • Undersök misstänkta delar för uppehållsfickor (munstycke, backströmsventil, skruv eller varmkanal) och reparera eller byt felaktiga delar Polymer eller tillsatsmedel med otillräcklig värmestabilitet • Minska uppehållstiden genom att byta till mindre cylinder. Fördröj doseringsstart. Minska kudden. Använd minimal dekomprimering för att minska risken för oxidering av insugen luft • Testa om standardkvaliteter (utan tillsatser) fungerar • Förtorka materialet för att minska påverkan av fukt För tunn väggtjocklek eller för långa flytvägar medför alltför höga skjuvkrafter • Öka väggtjockleken eller lägg in flödesriktare i verktyget • Öka ingötsantalet för att reducera flytlängden • Ändra ingötssystem, använd om möjligt varmkanalssystem • Höj om möjligt smältatemperaturen Hög skjuvning p.g.a. för litet ingöt • Öka ingötets tvärsnitt • Ändra ingötets utformning • Öka antalet ingöt Hög skjuvning p.g.a. för hög insprutningshastighet • Minska eller profilera insprutningshastigheten • Öka smältatemperaturen Otillräcklig avluftning • Förse formrummen med avluftningskanaler eller förbättra avluftningssystemet • Förse avluftningssystemet med självrensande kanaler Formtemperaturen är för hög • Mät formtemperaturen efter uppstartning och reducera till rekommenderad temperatur • Minska temperaturen på kärnorna genom separat kylning Möjliga orsaker och motåtgärder vid formbeläggning ■ Det finns många olika orsaker till att man får beläggning i formrummen. De vanligaste är: ● Termisk nedbrytning av polymeren ● För hög skjuvning mellan skruv och cylinder eller i ingötet ● Otillfredsställande avluftning 28 Möjlig motåtgärd Eftersom formbeläggning ofta beror på en kombination av flera faktorer måste man vanligtvis lägga ned en hel del möda på att kartlägga dessa faktorer samt finna motåtgärder. Ett annat problem är att det ibland tar flera dagar innan beläggning kan konstateras. Olika typer av beläggning Varje typ av tillsatsmedel Källa DuPont skapar en speciell typ av beläggning. Flamskyddsmedel kan reagera vid höga temperaturer och bilda nedbrytningsprodukter som sedan blir beläggning. Slagseghetstillsatser är inte bara känsliga för höga temperaturer utan också för hög skjuvning. Beläggning uppkommer genom att tillsatsmedlen separerar från polymeren och fastnar på formväggen PLASTFORUM nordica Nr 7, del 2, maj 2001 Material t 0,03 mm 0,02 mm 0,02 mm 0,02 mm POM PA PET PBT t t* *i de fall där lågviskösa kvaliteter används och där grader måste undvikas, skall man till att börja med välja mindre djup I formens delningsplan Vid utstötare Rekommendationer för djup hos kanaler Typiska avluftningskanaler när förutsättningarna är ogynnsamma. Färgpigment som används i konstruktionsplaster med hög bearbetningstemperatur kan också minska materialets värmestabilitet och förorsaka beläggning som består av nedbrytnings-produkter av polymeren eller pigmentet. Om delar av verktyget inte kan tempereras tillfredsställande (t.ex. kärnor), utan blir överhettade, är risken stor att formbeläggning bildas på dessa ställen. Skulle så vara fallet måste formtempereringen förbättras eller material med effektivare värmestabilisering användas. I tabellen anges möjliga beläggningsorsaker samt motåtgärder för att undvika dessa. Beläggning som uppstår plötsligt Om beläggning uppstår plötsligt under löpande produktion kan det bero på att någon processparameter har förändrats eller att man har bytt pall (materialbatch). Följande åtgärder kan vara av värde: Till att börja med bör man alltid kontrollera smältatemperaturen med en pyrometer och se efter om det finns tecken på nedbrytning d.v.s. förkolnade partiklar (mörka slöjor eller prickar). Man bör också kontrollera att främmande material inte har kommit med i massan samt att olämpligt rengöringsmaterial (som reagerar med massan) inte har använts. Kontrollera också att av- luftningskanalerna inte är igensatta. Nästa åtgärd bör vara att formspruta naturfärgat eller ljust material. Avbryt efter c:a 20 minuters körning. Munstycke, backströmsventil och helst även skruven bör tas loss och undersökas beträffande tecken på nedbrytning. Man bör också kontrollera om färgen på massan har förändrats jämfört med granulatet. Dessa åtgärder, som brukar fungera bra på små maskiner (upp till c:a 40 mm skruvdiameter), indikerar snabbt källan till beläggningsproblemen och har i många fall bjudit på stora överraskningar. En liknande procedur kan också användas på varmkanalsverktyg. Hantering av verktyg Om man inte lyckas hindra att beläggning uppstår måste man ge verktygen speciell uppmärksamhet och vård. Formbeläggning i ett tidigt skede brukar vara ganska enkel att avlägsna. Formrum och avluftningskanaler bör därför rengöras med jämna intervall (t.ex. vid skiftbyten). Om beläggningen redan har hunnit bilda ett tjockt skikt kan den vara mycket besvärlig och tidsödande att avlägsna. Eftersom beläggningarna varierar stort i kemisk uppbyggnad beroende på materialval så får man experimentera med olika lösningsmedel eller rengöringsvätskor för att hitta den bästa metoden. Vid sidan av traditionella verktygsrengöringsmedel PLASTFORUM nordica Nr 7, del 2, maj 2001 Källa: DuPont Beläggning på överhettad kärna Källa: DuPont kan okonventionella produkter som ugnsrengöringsspray, koffeinhaltiga läskedrycker (t.ex. CocaCola) vara effektiva. Ett annat trick är att använda radergummi. Rekommendationer för att förhindra beläggning Om man formsprutar temperaturkänsliga material i varmkanalsverktyg måste man beakta att uppehållstiden blir längre och därmed också risken för beläggning. Material som är känsliga för skjuvning bör alltid formsprutas med generöst tilltagna ingötskanaler och ingöt. Fyllning genom flera ingöt samtidigt reducerar flytvägarna och tillåter sänkning av insprutningshastigheten, vilket brukar ge bra resultat. I normala fall brukar ett effektivt avluftningssystem reducera tendensen till beläggning. Tillräcklig avluftning bör därför beaktas redan vid konstruktion av formen. Självrensande avluftningskanaler eller sådana som är lätt att rengöra bör föredras. Förbättringar av avluftningskanalerna leder nästan alltid till minskad beläggning. I vissa fall kan en specialbeläggning av verktygsväggen användas. Titannitrid är ett sådant material som bör testas i det enskilda fallet för att se om det förhindrar att en formbeläggning byggs upp. Av Ulf Bruder, Karl Leidig, Ernst A. Poppe och Karl Schirmer, DuPont Engineering Polymers. 29 plastnet.se Purfärska branschnyheter uppdateras och kommenteras varje vardag av erfarna fackkunniga journalister (tjänsten är gratis för prenumeranter på Plastforum nordica). Mässor, konferenser och andra branschevenemang listas med länkar och adresser i kalendern som ständigt uppdateras. Annonsera på plastnet.se! Ditt budskap exponeras effektivt på den starkt trafikerade öppningssidan eller de specialiserade underavdelningarna. Plastforum nordica är branschtidningen som svarar för innehållet på plastnet.se. Den här knappen direktlänkar dig till tidningens hemsida. Annonsera är knappen under vilken du hittar priser och kontaktpersoner för din bannerannonsering. Branschlänkar till hela polymervärlden. Du hittar allt på ett ställe och det sparar tid! Fakta/statistik här hittar du länkar och och egenproducerat material gällande olika typer av fakta och statistik med plastanknytning. Fråga om plast är ditt sätt att enkelt ställa en plastrelaterad fråga till redaktionen. Andra branschportaler är direktlänkade från plastnet.se Vi på mentoronline.se publicerar för närvarande 12 ledande neutrala branschportaler med massor av nyheter och basinformation om svensk industri. Leverantörerna – eller dina kunder – finns här i lätt sökbara databaser. Utbildning informerar dig om de utbildningar och kurser inom plastområdet som vi arrangerar. Här samlas branschen! mentoronline.se Portaler för business to business
© Copyright 2024