חומרי מוצר שקופים ובעיות בתהליך הזרקה

מכיוון שלפלסטיק יש את היתרונות של משקל קל, קשיחות טובה, יציקה קלה, עלות נמוכה וכו', יותר ויותר פלסטיק משמש להחלפת זכוכית בתעשייה המודרנית ובמוצרים יומיומיים, במיוחד בתעשיית המכשירים האופטיים והאריזה. עם זאת, בשל הדרישות של שקיפות טובה, עמידות בפני שחיקה גבוהה וקשיחות השפעה טובה, הרכב הפלסטיק, תהליך ההזרקה והציוד הם קריטיים. צריך לעשות עבודה רבה על תבניות וחומרים אחרים כדי להבטיח שהפלסטיק המשמש להחלפת זכוכית (להלן פלסטיק שקוף) הוא בעל איכות פני השטח טובה ועומד בדרישות השימוש. כיום, פלסטיק שקוף הנפוץ בשוק כוללים פולימתיל מתאקרילט (הידוע בדרך כלל כזכוכית אקרילית או אורגנית, שם קוד PMMA) ופוליקרבונט (שם קוד PC). פוליאתילן טרפתלט (שם קוד PET), ניילון שקוף, AS (אקרילוניטריל סטירן קופולימר), פוליסולפון (שם קוד PSF) ועוד. ביניהם, PMMA, PC ו-PET הם שלושת הפלסטיקים אליהם אנו חשופים ביותר. בשל אריגה מוגבלת, ניקח את שלושת הפלסטיקים הללו כדוגמאות כדי לדון במאפיינים ובתהליך ההזרקה של פלסטיק שקוף.
1, מאפיינים של פלסטיק שקוף
פלסטיק שקוף חייב קודם כל להיות בעל שקיפות גבוהה, ולאחר מכן מידה מסוימת של חוזק ועמידות בפני שחיקה, עמידות בפני פגיעות, עמידות בחום, עמידות כימית וספיגת מים נמוכה. רק כך ניתן להשתמש בהם ולעמוד בדרישות השקיפות לאורך זמן ללא שינוי. ידוע ש-PC היא בחירה אידיאלית, אך בשל חומרי הגלם היקרים ותהליך ההזרקה הקשה שלו, PMMA היא עדיין הבחירה העיקרית (עבור מוצרים עם דרישות כלליות), לעומת זאת, PPT משמש לעתים קרובות באריזות ובמכולות מכיוון שהוא דורש מתיחה כדי להשיג תכונות מכניות טובות.
2, נושאים נפוצים שיש לשים לב אליהם במהלך תהליך הזרקת פלסטיק שקוף
פלסטיק שקוף, בשל השידור הגבוה שלו, מצריך בהכרח דרישות קפדניות של איכות פני השטח למוצרי פלסטיק, ללא כל פגמים כגון כתמים, נקבוביות, הלבנה, אובך, כתמים שחורים, שינוי צבע וברק לקוי. לכן, יש לשים לב ולהעלות דרישות מחמירות או אפילו מיוחדות לתכנון חומרי גלם, ציוד, תבניות ואפילו מוצרים לאורך כל תהליך ההזרקה. שנית, בשל נקודת ההיתוך הגבוהה ויכולת הזרימה הלקויה של פלסטיק שקוף, על מנת להבטיח את איכות פני השטח של המוצר, לעתים קרובות יש צורך לבצע התאמות קלות לפרמטרים של תהליך כגון טמפרטורת החבית, לחץ ההזרקה ומהירות ההזרקה, כך שניתן למלא את התבנית בפלסטיק במהלך ההזרקה מבלי ליצור לחץ פנימי ולגרום לעיוות וסדק של המוצר.
להלן, נדון באמצעי הזהירות שיש לנקוט במונחים של הכנת חומרי גלם, דרישות ציוד ותבניות, תהליך הזרקה וטיפול בחומרי גלם במוצר.
（1） הכנה וייבוש של חומרי גלם
בשל נוכחותם של זיהומים כלשהם בפלסטיק, זה עלול להשפיע על שקיפות המוצר, ובכך להשפיע על האחסון וההובלה. בתהליך ההאכלה יש לשים לב לאיטום על מנת לוודא שחומרי הגלם נקיים. במיוחד כאשר חומרי הגלם מכילים לחות, חימום עלול לגרום להידרדרותם ולכן יש צורך לייבש אותם ולהשתמש במיכל ייבוש להאכלה בזמן הזרקה. כמו כן, יש לציין כי במהלך תהליך הייבוש רצוי לסנן ולייבש את האוויר הנכנס על מנת לוודא שאינו מזהם את חומרי הגלם.
（2） ניקוי החבית, הבורג והאביזרים שלו
כדי למנוע זיהום של חומרי גלם ונוכחות של חומרים ישנים או זיהומים בשקעים של ברגים ואביזרים, במיוחד שרף עם יציבות תרמית ירודה, יש להשתמש בחומרי ניקוי ברגים לניקוי כל החלקים לפני השימוש ואחרי הכיבוי כדי להבטיח שלא יהיו זיהומים דבק. כאשר אין חומר ניקוי ברגים, ניתן להשתמש ב-PE, PS ושרף אחרים לניקוי הברגים. כאשר המכונה מושבתת זמנית, על מנת למנוע מחומרי הגלם להישאר בטמפרטורות גבוהות לאורך זמן ולגרום לירידת טמפרטורה, יש להפחית את טמפרטורת המייבש וחבית המכונה, כגון טמפרטורת PC, PMMA, וחביות מכונות אחרות צריכות להיות מופחתות מתחת ל-160 מעלות. (יש להפחית את הטמפרטורה של המיכל מתחת ל-100 מעלות עבור PC)
（3） נושאים שיש לשים לב אליהם בעיצוב תבניות (כולל עיצוב מוצר)
על מנת למנוע יציקת פלסטיק לקויה, פגמים פני השטח והידרדרות הנגרמים כתוצאה מזרימה לא טובה או קירור לא אחיד, יש לשים לב לנקודות הבאות במהלך תכנון התבנית.
א) עובי הדופן צריך להיות אחיד ככל האפשר, וזווית פירוק התבנית צריכה להיות גדולה מספיק
ב) חלק המעבר צריך להיות הדרגתי וחלק כדי למנוע פינות וקצוות חדים, במיוחד מוצרי מחשב שאין להם פערים
ג) השער והראנר צריכים להיות רחבים וקצרים ככל האפשר, ויש להגדיר את מיקום השער בהתאם לתהליך ההתכווצות והעיבוי. במידת הצורך, יש להוסיף באר חומר קר
ד) פני התבנית צריכים להיות חלקים ונקיים, עם חספוס נמוך (רצוי פחות מ-0.8)
ה) חורי הפליטה והחריצים חייבים להיות מספיקים כדי להוציא בזמן אוויר וגז מההמסה
ו) למעט PET, עובי הדופן לא צריך להיות דק מדי, בדרך כלל לא פחות מ-1 מ"מ
（4） הערות על תהליך הזרקה (כולל דרישות למכונות הזרקה)
על מנת להפחית מתח פנימי ופגמים באיכות פני השטח, יש לשים לב להיבטים הבאים בתהליך ההזרקה.
א) יש לבחור מכונות הזרקה עם ברגים ייעודיים וחירי טמפרטורה נפרדים מבוקרים;
ב) טמפרטורת ההזרקה צריכה להיות גבוהה יותר בהנחה שהשרף הפלסטי אינו מתפרק;
ג) לחץ הזרקה: בדרך כלל גבוה כדי להתגבר על הפגם של צמיגות ההיתוך הגבוהה, אך לחץ גבוה מדי עלול ליצור מתח פנימי ולגרום לקושי בפירוק ודפורמציה;
ד) מהירות הזרקה: בדרך כלל, היא צריכה להיות נמוכה כאשר עומדת בדרישות למילוי עובש, ועדיף להשתמש בהזרקה איטית ואיטית רב-שלבית;
ה) זמן החזקה ומחזור היווצרות: בתנאי של עמידה בדרישות מילוי תבנית המוצר ללא יצירת שקעים או בועות; רצוי לשמור אותו קצר ככל האפשר כדי למזער את זמן השהייה של החומר המותך בחבית המכונה;
ו) מהירות בורג ולחץ אחורי: בהנחה של עמידה באיכות הפלסטיזציה, זה צריך להיות נמוך ככל האפשר כדי למנוע אפשרות של ניתוק;
ז) טמפרטורת העובש: איכות הקירור של המוצר משפיעה מאוד על איכותו, ולכן טמפרטורת העובש חייבת להיות מסוגלת לשלוט במדויק על התהליך שלו. אם אפשר, טמפרטורת התבנית צריכה להיות גבוהה יותר.
（5） נושאים אחרים
בשל הצורך למנוע הידרדרות של איכות פני השטח, חומרי שחרור ממוזערים בדרך כלל במהלך הזרקה; בעת שימוש בחומרים ממוחזרים, זה לא יעלה על 20 אחוז.
עבור מוצרים שאינם PET, יש לבצע טיפול לאחר כדי למנוע מתח פנימי. יש לייבש את PMMA על ידי זרימת אוויר חם ב-70-80 מעלות למשך 4 שעות; יש לנקות את המחשב עם אוויר וגליצרין. חימום פרפין נוזלי ב-110-135 מעלות, תלוי במוצר, יכול להימשך עד 10 שעות. PET חייב לעבור תהליך מתיחה דו-צירי כדי להשיג תכונות מכניות טובות.
3, תהליך הזרקה של פלסטיק שקוף
（1） מאפייני התהליך של פלסטיק שקוף: בנוסף לנושאים הנפוצים שהוזכרו לעיל, לפלסטיק שקוף יש גם כמה מאפייני תהליך, המתוארים כדלקמן:
1. מאפייני תהליך של PMMA
ל-PMMA יש צמיגות גבוהה ויכולת זרימה מעט גרועה, ולכן טמפרטורת חומר גבוהה ולחץ הזרקה גבוה נחוצים לצורך הזרקה. השפעת טמפרטורת ההזרקה גדולה מזו של לחץ ההזרקה, אך עלייה בלחץ ההזרקה מועילה לשיפור קצב ההתכווצות של המוצר. טווח טמפרטורות ההזרקה רחב, עם טמפרטורת התכה של 160 מעלות וטמפרטורת פירוק של 270 מעלות. לכן, טווח התאמת טמפרטורת החומר הוא רחב ויכולת העיבוד טובה. לכן, ניתן להתחיל בשיפור נזילות מטמפרטורת ההזרקה. עמידות ירודה בפני פגיעות, עמידות בלאי ירודה, שריטות קלות ופיצוח שביר, לכן יש צורך להגביר את טמפרטורת העובש ולשפר את תהליך העיבוי כדי להתגבר על פגמים אלו.
2. מאפייני תהליך של PC
למחשב יש צמיגות גבוהה, טמפרטורת התכה גבוהה ויכולת זרימה גרועה, ולכן יש להזריק אותו בטמפרטורה גבוהה יותר (בין 270 ל-320 מעלות). באופן יחסי, טווח התאמת טמפרטורת החומר צר יחסית, ויכולת העיבוד אינה טובה כמו PMMA. ללחץ ההזרקה יש השפעה קטנה על יכולת הזרימה, אך בשל הצמיגות הגבוהה שלו, עדיין נדרש לחץ הזרקה גבוה יותר. לכן, על מנת למנוע יצירת לחץ פנימי, זמן ההחזקה צריך להיות קצר ככל האפשר. קצב ההתכווצות גדול והגודל יציב, אך למוצר יש מתח פנימי גבוה ונוטה להיסדק. לכן, רצוי לשפר את הנזילות על ידי הגברת הטמפרטורה במקום הלחץ, ולהפחית את האפשרות להיסדק על ידי הגדלת טמפרטורת העובש, שיפור מבנה העובש ולאחר טיפול. כאשר מהירות ההזרקה נמוכה, פגמים כגון אדוות נוטים להתרחש בשער. יש לשלוט על הטמפרטורה של פיית הקרינה בנפרד, טמפרטורת העובש צריכה להיות גבוהה וההתנגדות של הרץ והשער צריכה להיות קטנה.
3. מאפייני תהליך של PET
ל-PET טמפרטורת יציקה גבוהה וטווח צר של התאמת טמפרטורת החומר (260-300 מעלות ), אך לאחר ההיתוך, יכולת הזרימה טובה, ולכן יכולת העיבוד ירודה, ולעיתים קרובות מתווספים התקנים נגד זרימה לתוך הזרבובית. החוזק והביצועים המכניים אינם גבוהים לאחר ההזרקה, ויש צורך לשפר את הביצועים באמצעות מתיחה ושינוי. שליטה מדויקת של טמפרטורת העובש היא למנוע עיוות. דפורמציה היא גורם חשוב, לכן מומלץ להשתמש בתבנית ראנר חמה. טמפרטורת התבנית צריכה להיות גבוהה, אחרת היא תגרום לברק ירוד של פני השטח ולקושי בהוצאת התבנית.
4, פגמים ופתרונות של חלקי פלסטיק שקופים
1. פסי כסף: מושפע מהאניזוטרופיה של מתח פנימי במהלך מילוי עובש ועיבוי, הלחץ הנוצר בכיוון האנכי גורם לשרף לזרום כלפי מעלה, בעוד שמקדם השבירה שונה מכיוון אי הזרימה, וכתוצאה מכך לפסי משי מבריקים. כאשר הוא מתרחב, הוא עלול לגרום לסדקים במוצר. בנוסף לתשומת הלב שהוקדשה לתהליך ההזרקה והעובש (עדיף שהמוצר יהיה חישול. לדוגמה, ניתן לחמם חומר PC למעל 160 מעלות למשך 3-5 דקות, ואז ניתן לקירור חופשי בשימוש.
2. בועות: לא ניתן להוציא אדי מים וגזים אחרים בתוך השרף (במהלך תהליך עיבוי העובש), או בגלל מילוי לא מספיק של העובש, משטח העיבוי מתעבה מהר מדי ויוצר "בועת ואקום".
3. ברק משטח ירוד: הדבר נובע בעיקר מהחספוס הגדול של התבנית, ומצד שני, עיבוי מוקדם מונע מהשרף לשכפל את מצב פני השטח של התבנית, כל אלו גורמים לאי אחידות קלה על פני השטח וגורמים ל- מוצר לאבד את הברק שלו.
4. דפוס רטט: מתייחס לאדוות הצפופות שנוצרות ממרכז השער הישר. הסיבה לכך היא שבשל הצמיגות הגבוהה של ההיתוך, החומר הקדמי כבר התעבה בחלל העובש, ובהמשך החומר פורץ דרך משטח עיבוי זה, וכתוצאה מכך דפוסי רעידות על פני השטח.
5. הלבנה, הילת ערפל: נגרמת בעיקר מנפילת אבק לחומר הגלם או תכולת לחות מוגזמת באוויר.
6. עשן לבן, כתמים שחורים: נגרם בעיקר מפירוק או הידרדרות של השרף בחבית המכונה עקב התחממות יתר מקומית של הפלסטיק שבתוך החבית.