Po co ta faza docisku

Powodem stosowania fazy docisku w przetwórstwie wtryskowym tworzyw termoplastycznych jest ich znaczny skurcz objętościowy. Tworzywa termoplastyczne podczas ogrzewania zwiększają swoją objętość. Wynika to z natury materii, która wraz ze wzrostem temperatury wykazuje większe drgania atomów i cząsteczek co powoduje rozszerzalność cieplną i zwiększanie wymiarów. Drugim powodem są zmiany objętości jakie towarzyszą przejściu przez charakterystyczne dla tworzyw polimerowych wartości temperatury zeszklenia i topnienia (tylko dla tworzyw częściowo krystalicznych). Przemianom tym towarzyszą również zmiany objętości. Największa zmiana objętości towarzyszy topnieniu tworzywa, podczas której faza krystaliczna, w której makrocząsteczki są blisko siebie rozpada się do fazy amorficznej, w której łańcuchy się oddalają. Podczas ochładzania tworzywa po wtryśnięciu go do formy procesy się odwracają. Objętość tworzywa zmniejsza się co po woduje deficyt tworzywa a formie wtryskowej.

Dlatego proces wtryskiwania tworzyw termoplastycznych musi być procesem dwufazowym w którym faz wtrysku odpowiedzialna jest tylko za objętościowe wypełnienie gniazda formującego a faza docisku odpowiedzialna jest za uzupełnienie strat tworzywa spowodowanych skurczem objętościowym. Przypomnijmy, że skurcz objętościowy tworzyw amorficznych może wynieść do 7% a częściowo krystalicznych nawet powyżej 20%. 

Tak duży skurcz wymaga stosowania fazy docisku, która rozpoczyna się tuż po osiągnięciu przez ślimak ustawionej drogi nazywanej punktem przełączenia. Nazwa bardzo dobrze oddaje naturę sterowania w fazie wtrysku i w fazie docisku. W fazie wtrysku nadrzędnym parametrem jest osiągnięcie odpowiedniej prędkości liniowej ślimaka przy wykorzystaniu odpowiednio wysokiego ciśnienia wtrysku. Po zakończeniu fazy wtrysku, gdy gniazdo formujące wypełnione jest w 95-98% następuje przełączenie sterowania pracą ślimaka z prędkości wtrysku na ciśnienie docisku. Od tej pory jest to parametr nadrzędny.

Jego wartość jest mocno uzależniona od przetwarzanego tworzywa i powinna być większa dla tworzyw częściowo krystalicznych, ponieważ ich skurcz objętościowy jest znacznie większy. W przypadku tworzyw amorficznych powinno się stosować minimalną wartość jaka gwarantuje uzyskanie założonych wymiarów i spowoduje brak widocznych zapadnięć czy tzw. wciągów. W przypadku tworzyw amorficznych wręcz zaleca się stosowanie zmniejszającego profilu ciśnienia docisku, który zagwarantuje występowania możliwie najmniejszych wartości naprężeń własnych w formowanych wypraskach.

Wartość ciśnienia docisku należy dobierać pod kątem widoczności zapadów na powierzchni wypraski. Literatura podaje, że powinien wynosić między 40 a 60% wartości ciśnienia w fazie wtrysku, co niestety nie do końca się sprawdza.

Przykładem jest np. wtryskiwanie wyprasek grubościennych (powyżej 5-6 mm), W takim procesie zapotrzebowanie na ciśnienia w fazie wtrysku jest znikome, ponieważ opory przepływu w tak grubym gnieździe nie będą duże. Natomiast faza docisku będzie wymagała stosowania dużych wartości ciśnienia, ponieważ trzeba będzie uzupełnić dużą objętość kurczącego się tworzywa.

Drugim równie ważnym parametrem jest czas docisku. Przy czym czas docisku jest jednym z nielicznych parametrów, który można bardzo dokładnie wyznaczyć dla danej formy wtryskowej i stałych pozostałych parametrów procesu. Dzieje się tak, dlatego, efektywnie docisk prowadzi się do momentu zastygnięcia przewężki lub ostatniej przewężki jeśli mamy do czynienia z formą wielogniazdową a poszczególne przewężki nie zastygają w jednakowym czasie.

Jak ocenić czy przewężka już zastygła

Można to zrobić dwoma metodami – dokładną i mniej dokładną. Ta mniej dokładna to obserwacja na sterowniku maszyny ruchu ślimaka podczas fazy docisku. W początkowej fazie trwania docisku ślimak będzie przemieszczał się w sposób widoczny czego odpowiednikiem będzie zmieniająca się współrzędna x położenia ślimaka (droga). Po pewnym czasie można zaobserwować, że ślimak przestaje się poruszać. Oznacza to, że przewężka uległa zestaleniu i więcej tworzywa pomimo trwania fazy docisku nie można już docisnąć do gniazda formy. Wtedy należy zaniechać prowadzenia dalszego fazy docisku (skrócić czas docisku).

Inną metodą jest stopniowe wydłużanie czasu trwania docisku i ważenie wyprasek wyjętych z formy. Ich masa powinna sukcesywnie rosnąć by po pewnym czasie zwanym efektywnym granicznym czasem docisku uległa stabilizacji, oznacza to również, że przewężka uległa zestaleniu.

A jeśli przewężka nie chce zastygnąć?

Może się pojawić również przypadek, że ślimak cały czas przemieszcza się podczas fazy docisku z jedną prędkością i nie zatrzymuje się, a wypraski mają charakterystyczne zapady na powierzchni. To sugerowałoby uszkodzenie lub nieszczelność zaworu wstecznego przepływu i cofanie się tworzywa do układu uplastyczniającego lub wypływ tworzywa pomiędzy dyszą a tuleją wtryskową albo jeszcze gorszy scenariusz - rozszczelnienie się systemu gorąco kanałowego wewnątrz formy. I jedno i drugie nie wróży nic dobrego i raczej sugeruje przestój.

Ciśnienie docisku również pomaga na dociśnięcie kurczącego się tworzywa wypraski do ścianek formy wtryskowej co powoduje zwiększenie wymiany ciepłą pomiędzy tworzywem a formą wtryskową co może przyczynić się do możliwości szybszego wyformowania wypraski z formy.

Dlatego podczas ustawiania parametrów fazy docisku należy przede wszystkim obserwować wygląd wypraski i nie traktować fazy docisku jako zło konieczne, ale sprzymierzeńca w walce z zapadami i osiągnięciu odpowiedniego odformowania struktury formy i uzyskania założonego połysku wyprasek.