12. INJECCIÓ. Esquema d una injectora. Etapes del procés d injecció

Transcripción

1 12. INJECCIÓ Després de l extrusió, la injecció és el segon mètode més emprat en la fabricació de productes de plàstic. De fet, el nom més correcte seria emmotllament per injecció: el plàstic líquid s injecta a pressió dins d un motlle, on se solidifica. Esquema d una injectora En tota injectora hi distingim: la unitat d injecció, la unitat de tancament i la unitat de control. El paper de la unitat d injecció és fondre el plàstic i injectar-lo a la pressió adequada dins del motlle. Els models més corrents s assemblen molt a una extrusora, amb la qual comparteixen la tremuja, el cargol amb 3 zones (alimentació, compressió, dosificació) i les bandes calefactores. La diferència principal consisteix en la capacitat del cargol de moure s axialment endavant i endarrere a part de girar. La unitat de tancament: obre i tanca el motlle. Ha de poder suportar la pressió del plàstic fos. Els motlles més senzills s obren en dues meitats. Tots contenen el sistema d expulsió de la peça i els circuits de refrigeració. Etapes del procés d injecció De manera molt esquemàtica, són detallades en les figures. A) Tancament del motlle i inici de la injecció. B) Injecció del material a dins del motlle. C) Aplicació de la segona pressió o de manteniment. D) Refredament de la peça dins del motlle i plastificació del material per a la propera injecció. E) Obertura i expulsió de la peça. Durant la plastificació, el cargol retrocedeix mentre gira, de manera que el plàstic fos es va acumulant al davant. 79

2 A) B) C) D) 80

3 E) En l etapa d injecció, el cargol avança sense girar tot impulsant el plàstic fos dins del motlle. El cargol funciona com un èmbol. Mentre el plàstic es refreda al motlle el cargol torna a carregar i plastificar. Després de l expulsió torna a començar el cicle. Trobem esquematitzada la seqüència temporal de tots els processos en la figura següent. Del dibuix queda clar que el procés crític que determina la cadència de producció és el refredament de la peça. Aquesta s ha de refredar des de la temperatura del plàstic fos fins a Td (temperatura de distorsió tèrmica). Tal com hem vist en el capítol corresponent, el temps de refredament és proporcional al gruix al quadrat. Per tant, el gruix de peces injectades s ha de limitar. Gruixos superiors a 8 mm són rars. Tancar el motlle Unitat d inj. endavant Injecció Pressió posterior Refredament Unitat d inj. enrere Càrrega de material Obrir el motlle Emplenament del motlle El recorregut del plàstic fos dins del motlle és el següent: canals porta cavitat (de la peça) temps 81

4 cavitat (peça) porta canal entrada del motlle Sempre que es pugui, es dissenyen els canals de manera que totes les cavitats s emplenin en les mateixes condicions (vegeu la figura). b a a b Canal compensat Canal descompensat (les cavitats b s emplenen més tard) Els motlles poden ser de canal fred (el plàstic se solidifica al canal) o de canal calent (el plàstic es manté líquid al canal). Aquest segon tipus és molt més car. La porta determina la manera com s emplena la cavitat. La seva posició s ha d escollir bé per aquesta raó i per consideracions estètiques de la peça acabada. A causa del seu petit diàmetre, la cavitat queda segellada abans que el plàstic del seu interior s hagi solidificat completament. Un paràmetre de màquina important és la força necessària per mantenir tancat el R motlle. La força de tancament, F, ha de P compensar la pressió d injecció. El càlcul F més simple suposa que la pressió d injecció es transmet uniformement a tots els punts del motlle. En aquestes condicions podem escriure (per a l exemple de la figura): 2 F = P àrea projectada = P πr Solidificació del plàstic. Contracció Podríem pensar que les etapes se succeeixen segons l esquema molt simple: emplenament del motlle solidificació de manera que la solidificació no comença fins que la cavitat s ha emplenat completament. En realitat, el que passa és més complicat, ja que, abans que la cavitat estigui completament plena, el plàstic ja s ha solidificat en alguns punts (tal com indica la figura). 82

5 buit plàstic fos plàstic sòlid Això és així perquè el plàstic fos es troba amb les parets del motlle, que estan a una temperatura molt inferior a la temperatura de fusió. D aquesta manera s optimitza el temps del procés. Per tant, la descripció del procés d emplenament és realment complexa. No es tracta d un problema simple de fluids. En molts casos, fins i tot és difícil assegurar que la cavitat podrà emplenar-se completament abans que el pas del P Pressió d injecció Pressió posterior t 1 <<<<< t 2 Cavitat plena solidificació. Analitzem-ho amb més detall. temps líquid no quedi obstruït. Analitzem ara l evolució de la pressió subministrada per la unitat d injecció. La primera etapa de pressió elevada correspon a l emplenament. El valor de P determina la velocitat a la qual s emplena. Un cop emplenat el motlle, no es passa a P = 0, sinó que es manté una pressió elevada durant un cert temps. L objectiu d aquesta pressió posterior és contrarestar la contracció deguda a la a) Suposem que Pposterior = 0. La figura deixa clar que les dimensions de la peça seran inferiors a les de la cavitat. dimensions del motlle = volum de plàstic fos dimensions de la peça solidificada b) Suposem, ara, que Pposterior > 0. Aconseguim introduir al motlle més plàstic del que hi cabria a pressió atmosfèrica (a Pposterior = 0). Control de la contracció dimensions del motlle = (volum de plàstic fos a P posterior = 0 + volum de plàstic fos per P posterior > 0) = volum de plàstic solidificat Des del punt de vista microscòpic, la contracció prové de la disminució del volum lliure entre les molècules del polímer quan aquest se solidifica. Hem de tenir en compte que el volum lliure és menor a temperatures baixes, quan la pressió és més elevada i en l estat cristal lí. Per tant, la contracció serà menor quan injectem el fos a temperatura més baixa, a pressió elevada i quan el plàstic sigui amorf. D altra banda, s ha de tenir en 83

6 compte que la contracció és més important en la direcció del flux que no pas en la direcció perpendicular. Efectes de la contracció Normalment la contracció no és uniforme, de manera que dóna lloc a distorsions en la peça final. 84