Термопластично инжектиране на пяна (TSG)

Термопластичното формоване на пяна (накратко TSG) е специален процес в областта на шприцоването, който се използва от много десетилетия. По време на процеса термопластичният материал се оставя да се разпенва в кухината чрез добавяне на разпенващ агент към стопилката в машината за шприцоване. Кухината първоначално е частично запълнена, за да се даде на пластмасата необходимото пространство за нейното разширяване, което се извършва по време на разпенването.

Основен принцип на термопластично шприцоване на пяна

При инжекционното формоване се използват надуващи агенти, за да се избегнат следи от мивка, да се получат дебелостенни форми и/или да се спести тегло. Това са основните предимства на разпенващата се термопластика.

Предимства на компонентите TSG:

Намаляване на теглото
по-ниска податливост на забавяне
повишена скованост спрямо теглото
по-малко или никакви следи от мивка
Удължаване на дължината на пътя на потока

Предимства на TSG процеса

изисква се по-ниска сила на затягане
по-кратко време на цикъла (в зависимост от дебелината на стената)
намален вискозитет на стопилката
по-малък или никакъв акцент
по-ниска температура на топене и мухъл

За да се постигнат желаните резултати, е достатъчно да се добави горивото към пластмасовия гранулат в относително малки количества. Съотношението между пропеланта и гранулата трябва да се задава по същия начин като количеството цветове, които са необходими за оцветяването на материала.

След добавяне на горивото той се разлага термично и се разтваря в газообразни компоненти. Този процес води до разпенване на стопилката. За да се постигне оптимален ефект на разпенване, разпенващият агент трябва да действа възможно най-късно, след като е добавен към стопилката. Резултатът е, че повърхностите на формованите части изобщо не са нарушени или само незначително от въздействието на разпенването.

При инжектиране в калъп налягането на впръскване в термопластичната инжекционна формована пяна във винтовата камера е до 2000 бара. Ако обаче инструментът е добре вентилиран, условията на налягане в самия инструмент, т.е. на фронта на потока, са почти подобни на тези, измерени в областта около инструмента. След това на фронта на потока възникват газови мехурчета, които се разширяват по посока на потока, докато стопилката изпълнява своето подвижно движение. Това води до сребърни ивици по повърхността на детайла, които са грубо подравнени към края на пътя на потока.

Два процеса за разпенване на термопласти при шприцоване

Пенообразуващите агенти за формоване на термопластична пяна

За разпенване на пластмаси при формоване на термопластична пяна се използват изключително химически или изключително физически разпенващи агенти или смес от химически и физически разпенващи агенти. Използваните разпенващи агенти се предлагат на пазара под формата на прах или основни смеси.

Химически разпенващи агенти

Производните на натриев хидроген карбонат и лимонена киселина са едни от най-често използваните химически разпенващи агенти при формоване на термопластична пяна.

Химичните разпенващи агенти се разлагат, когато термопластичният материал се топи. Пропелантите отделят газове като въглероден диоксид или азот. Тези газове се смесват с стопилката. В същото време химическата реакция създава твърди остатъци от разлагането. В зависимост от разпенващия агент, тези остатъци могат да имат отрицателно въздействие върху резултата от процеса. За да се избегнат такива нежелани резултати, пропелентите трябва да бъдат избрани по начин, съвместим с процеса, преди да бъдат използвани.

По време на процеса на инжектиране в матрицата газът е изложен на въздействието на топлина и налягане, така че да се разширява. Ако след това някой иска да разпредели добавките, добавени към стопилката, възможно най-хомогенно в материала, е необходимо използването на винтове, специално проектирани за този случай. Обикновено е възможно тези специални винтове да се използват в стандартни цилиндри.

Физически горива

Начинът на действие на физическите разпенващи агенти се различава от този на химическите разпенващи агенти по това, че не протича реакция на разлагане. Следователно, когато се използват физически разпенващи агенти, няма остатъци от разлагане, които се появяват, когато се използват химически разпенващи агенти.

При термопластично шприцоване на пяна с физически надуващи агенти полимерната стопилка се зарежда индиректно чрез добавяне на обдухващ газ. За зареждане се използва станция за измерване на газ. Техните характеристики зависят от количеството газ, което трябва да се разтвори в полимера.

Физически TSG според MuCell процеса

При формоване на пяна чрез шприцоване съгласно процеса MuCell към термопластичната стопилка от пластмаса се добавя един от инертните газове азот или въглероден диоксид, за да се смеси след това в цилиндъра на стопилката, за да се получи еднофазен разтвор. Когато този еднофазен разтвор се инжектира в инжекционната форма, натискът върху сместа пада. Този спад на налягането води до факта, че по-големите газови мехурчета, съдържащи се в обработвания детайл, се зародиха и в материала се създават големи количества малки клетки. С напредването на процеса тези малки газови мехурчета се разширяват - термопластът се разпенва и втвърдява. Получените газонапълнени клетки заместват определен обем пластмаса, което намалява плътността на материала.

Схематичен процес на процеса в процеса MuCell

Системната технология на MuCell (също Cellmould) TSG включва устройство за дозиране на газ за подаване на горивото, резервоари за съхранение на горивото (CO2 или N2), газови инжектори, които вкарват горивото в машината за шприцоване и специален винт с динамичен смесител смесване на разпенващия агент в термопластичната стопилка. Следващата графика показва структурата на система MuCell.

Изграждане на система MuCell

Физически TSG според процеса ProFoam

Като част от съвместен изследователски проект, Arburg и IKV са разработили принцип на натоварване за физическо формоване на термопластична пяна. Съгласно този процес ProFoam, пластмасата се поставя в атмосфера на разпенващ агент, докато все още е в твърдо състояние, чрез инсталиране на заключваща камера под налягане между бункера за материал и пластифициращия блок. Пластмасата се зарежда с пропелентната течност в ключалката на камерата под налягане чрез дифузия и смесване.

Изграждане на система ProFoam

Процесът ProFoam за термопластично шприцоване на пяна има предимства както за машиностроенето, така и за технологичното инженерство. За разлика от досега известните процеси за въвеждане на азот и въглероден диоксид в стопилката, процесът ProFoam изисква само малки технически модификации. Този специален метод на зареждане с гориво намалява вискозитета на материала. Следователно процесът изисква само използването на стандартен винт и също така позволява обработката на чувствителни на срязване пластмаси.