Термопластичне лиття під тиском пінопласту (TSG)
Термопластичне лиття під піну (коротше TSG) - це особливий процес в області лиття під тиском, який використовується протягом багатьох десятиліть. У процесі термопластичного матеріалу дозволяється спінюватися в порожнині, додаючи спінювач до розплаву в машині для лиття під тиском. Спочатку порожнина заповнена частково, щоб надати пластику необхідний простір для її розширення, яке відбувається під час спінювання.
Основний принцип термопластичного лиття під піну
При литтєвому формуванні надувні агенти використовуються для уникнення слідів раковини, виготовлення товстостінних форм та/або економії ваги. Це основні переваги спінювання термопластика.
Переваги компонентів TSG:
- Зниження ваги
- нижча сприйнятливість до затримки
- підвищена жорсткість по відношенню до ваги
- менше або взагалі відсутні сліди раковини
- Подовження довжини шляху потоку
Переваги процесу TSG
- потрібна нижча сила затиску
- коротший час циклу (залежно від товщини стінки)
- знижена в'язкість розплаву
- менший або відсутність наголосу
- нижча температура плавлення та цвілі
Для досягнення бажаних результатів достатньо додати пропелент до пластичного грануляту у відносно невеликих кількостях. Співвідношення між пропелентом і гранулятом слід встановлювати аналогічно кількості кольорів, необхідних для фарбування матеріалу.
Після додавання пального він термічно розкладається і розчиняється в газоподібних компонентах. Цей процес призводить до спінення розплаву. Щоб досягти оптимального піноутворюючого ефекту, піноутворювач повинен діяти якомога пізніше після його додавання в розплав. Результат полягає в тому, що поверхні литих деталей не погіршуються зовсім або лише незначно впливають піноутворення.
При закачуванні у форму тиск вприскування в термопластичному пінопластовому литті у гвинтовій передпокої становить до 2000 бар. Однак, якщо інструмент добре провітрюється, умови тиску в самому інструменті, тобто на фронт потоку, майже аналогічні тим, що вимірюються в області навколо інструменту. Потім на фронті потоку виникають бульбашки газу, які розширюються в напрямку потоку, поки розплав виконує свій рух. Це призводить до срібних смуг на поверхні заготовки, які приблизно вирівняні до кінця шляху потоку.
Два способи спінювання термопластів при литті під тиском
Надувні агенти для лиття під тиском термопластичного пінопласту
Для спінювання пластмас при литті під термопластичним пінопластом використовуються виключно хімічні або виключно фізичні піноутворювачі або суміш хімічних та фізичних піноутворювачів. Піноутворювачі, що використовуються, комерційно доступні у вигляді порошку або маточних сумішей.
Хімічні піноутворювачі
Похідні гідрокарбонату натрію та лимонної кислоти є одними з найбільш часто використовуваних хімічних піноутворювачів при литті під тиском термопластичної піни.
Хімічні піноутворювачі розкладаються в міру плавлення термопластичного матеріалу. Виробничі гази виділяють такі гази, як вуглекислий газ або азот. Ці гази змішуються з розплавом. У той же час хімічна реакція створює тверді залишки розкладу. Залежно від піноутворювача ці залишки можуть негативно впливати на результат процесу. Щоб уникнути таких небажаних результатів, перед використанням пропеленти повинні бути обрані способом, сумісним із процесом.
Під час процесу впорскування у форму газ піддається впливу тепла та тиску, завдяки чому він розширюється. Якщо ви хочете розподілити добавки, що додаються до розплаву, якомога однорідніше у матеріалі, необхідно використовувати спеціально розроблені для цього випадку гвинти. Зазвичай ці спеціальні гвинти можна використовувати в стандартних циліндрах.
Фізичні паливні речовини
Спосіб дії фізичних піноутворювачів відрізняється від способу дії хімічних піноутворювачів тим, що не відбувається реакції розкладання. Тому при використанні фізичних піноутворювачів не залишається залишків розкладу, які виникають при використанні хімічних піноутворювачів.
При литті під тиском термопластичного пінопласту з фізичними піноутворювачами розплав полімеру заряджається опосередковано шляхом додавання продуваючого газу. Для завантаження використовується станція обліку газу. Їх ефективність залежить від кількості газу, що розчиняється в полімері.
Фізичний TSG за процесом MuCell
При литтєвому формуванні піни за способом MuCell до термопластичного розплаву пластику додають один із інертних газів азот або діоксид вуглецю, щоб потім змішати його в циліндрі розплаву, утворюючи однофазний розчин. Коли цей однофазний розчин вводять у форму для лиття під тиском, тиск на суміш падає. Це падіння тиску призводить до того, що більші бульбашки газу, що містяться в заготовці, зароджуються, і в матеріалі створюються великі кількості крихітних клітин. По мірі прогресу ці дрібні бульбашки газу розширюються - термопластик піниться і твердне. Отримані газонаповнені комірки замінюють певний об’єм пластику, що зменшує щільність матеріалу.
Схематичний потік процесу в процесі MuCell
Системна технологія MuCell (також Cellmould) TSG включає дозуючий пристрій для подачі палива, резервуари для зберігання палива (CO2 або N2), форсунки для газу, що вводять пропелент у машину для лиття під тиском та спеціальний гвинт з динамічним змішувачем для змішування надувного агента в термопластичному розплаві. На наступному графіку показана структура системи MuCell.
Побудова системи MuCell
Фізичний TSG за методом ProFoam
В рамках спільного дослідницького проекту компанія Arburg та IKV розробили принцип завантаження для фізичного термопластичного лиття під піну. Згідно з цим процесом ProFoam, пластик поміщається в атмосферу напіноутворювача, перебуваючи ще у твердому стані, шляхом встановлення блокатора барокамери між бункером для матеріалу та блоком пластифікації. Пластмаса завантажується рідиною, що рухається, у шлюзі барокамери через процеси дифузії та змішування.
Побудова системи ProFoam
Процес ProFoam для лиття під тиском термопластичного пінопласту має переваги як для машинобудування, так і для технологічного процесу. На відміну від раніше відомих процесів введення азоту та вуглекислого газу в розплав, процес ProFoam вимагає лише незначних технічних модифікацій. Цей спеціальний метод завантаження піноутворювача зменшує в’язкість матеріалу. Отже, процес вимагає використання лише стандартного гвинта, а також дозволяє обробляти чутливі до зсуву пластмаси.