Vstřikování acetalu nebo Vstřikování POM díly vyrobené z polyoxymethylenu (POM), vysoce zpracovaného termoplastického materiálu. POM může být ve formě homopolymeru nebo kopolymeru acetalu. Homopolymerní acetal vykazuje vysokou pevnost díky své krystalické struktuře. Může však být problematický v důsledku vysoce specifického bodu tání. Kopolymerní acetal se snáze formuje díky většímu zpracovatelskému oknu. Je méně mechanicky pevný než předchozí materiál, protože jeho krystalická struktura je méně uspořádaná.
Někteří renomovaní dodavatelé nabízejí kopolymerní acetaly. Zatímco DuPont, uznávaný dodavatel materiálů, nabízí pouze Delrin®, homopolymer se zlepšenými vlastnostmi. Třídy Delrinu® jsou rozděleny do kategorií podle pevnosti, tuhosti, viskozity a odolnosti. Je kompatibilní se vstřikováním i CNC obráběním. Výrobky/díly z acetalových forem jsou životně důležité v automobilovém průmyslu, zdravotnictví i v odvětví manipulace s tekutinami.
Tento článek se zaměřuje především na vstřikování acetalových plastů, vlastnosti POM, výhody a konstrukční pokyny pro výrobu dílů z POM. Kromě toho vám poskytneme průvodce návrhem vstřikování, určité návrhy a doporučení pro optimální výsledky vašeho projektu vstřikování acetalu.
Co je acetal?
Acetal, známý také jako polyoxymethylen (POM), je houževnatý a vysoce výkonný termoplast. Jedná se o semikrystalický materiál, který se běžně používá pro strojírenské aplikace. Acetalové polymery vznikají spojením dlouhých řetězců s molekulovým vzorcem CH2O. Některé kopolymerní monomery jsou také začleněny, aby poskytly další funkčnost. V závislosti na struktuře může mít acetal homopolymerní nebo kopolymerní povahu.
Nejznámějším homopolymerem acetalu je DuPont™ Delrin®. Acetalové plasty mají vysokou pevnost a tuhost, díky čemuž jsou ideální pro aplikace, které vyžadují vysokou pevnost, ale nízkou ohebnost. Tyto plasty mají také nízké tření a vysokou míru opotřebení. Díky nízké nasákavosti má acetal vynikající odolnost vůči rozměrovým změnám. Z těchto důvodů se acetal používá místo kovů pro mnoho použití.
Vlastnosti materiálu Acetal/POM
Tabulka: Vlastnosti různých druhů acetalu
| Majetek | Delrin® 100 BK602 | Duracon® M90-44 | Celcon® M90 | Kepital® F20-03 | Hostaform® C9021 |
| Fyzická stránka | |||||
| Hustota (g/cm³) | 1.42 | 1.41 | 1.41 | 1.41 | 1.41 |
| Míra smrštění (%) | 1.9-2.2 | 2.1-2.3 | 1.9-2.2 | 2.0 | 1.8-2.0 |
| Tvrdost podle Rockwella | 120 R | 80 M | NA | NA | NA |
| Mechanické | |||||
| Pevnost v tahu (MPa) | 72 | 62 | 66 | 65 | 64 |
| Prodloužení při výtěžku (%) | 23 | 35 | 10 | 10 | 9 |
| Modul pružnosti v ohybu (GPa) | 2.9 | 2.5 | 2.55 | 2.55 | NA |
| Pevnost v ohybu (MPa) | NA | 87 | NA | 87 | NA |
| Vstřikování | |||||
| Teplota sušení (°C) | 80-100 | NA | 80-100 | 80-100 | 120-140 |
| Doba sušení (hod.) | 2-4 | NA | 3 | 3-4 | 3-4 |
| Teplota tání (°C) | 215 | 200 | 205 | 180-210 | 190-210 |
| Teplota formy (°C) | 80-100 | 80 | 90 | 60-80 | 85 |
Výše uvedená tabulka uvádí výše uvedené obchodní názvy POM a jejich vlastnosti. Homopolymer Delrin® 100 má nejvyšší pevnost v tahu díky vyššímu stupni krystalinity polymeru. POM se vyznačuje velmi dobrou pevností v tahu a ohybu, ale vysokou mírou smršťování. V závislosti na požadavcích aplikace mohou některé druhy POM obsahovat plniva pro zvýšení pevnosti, odolnosti proti korozi nebo UV záření.
Výhody vstřikování POM
Acetal má vysoký výkon a žádoucí technické vlastnosti. Tento materiál vykazuje vysokou únavovou pevnost a pevnost v tečení při namáhání. Díky vysoké mechanické pevnosti je optimální pro různá odvětví náročná na přesnost, jako je letecký a automobilový průmysl. Nízké tření napomáhá tomu, že POM má po dlouhou dobu velmi malou míru opotřebení. Acetal navíc nerezaví/koroduje a může pracovat i při vysokých teplotách.
Odolnost proti únavě
Vstřikované díly z acetalu mají dobré provozní vlastnosti, pokud jsou vystaveny opakovaným cyklům namáhání. Nejvhodnější je v situacích, kdy je zatížení konstantní, například u ozubených kol. Homopolymer POM tak poskytuje lepší únavovou pevnost než kopolymery. Tyto zvláštní vlastnosti umožňují dlouhodobou spolehlivost v podmínkách vysokého namáhání. Pevnost v únavě činí POM vhodným pro použití v aplikacích, kde jsou požadovány mechanické díly.
Odolnost proti tečení
Výlisek z POM vykazuje rozměrovou stabilitu při dlouhodobém mechanickém zatížení. Má velmi malou tendenci k trvalým deformacím, a to i při stálém namáhání. Díky této vlastnosti je POM vhodný pro použití v nosných aplikacích. Díky tomu, že materiál netrpí tečením, je ideální pro konstrukční aplikace. Jedná se o velmi spolehlivou oblast vlastností POM pod tlakem.
Vysoká pevnost
Vstřikované díly z POM mají nejlepší tahové a ohybové vlastnosti. Tento materiál zajišťuje tuhost požadovanou u vysoce výkonných mechanických dílů. Homopolymerní verze POM vykazují ve srovnání s kopolymery ještě vyšší pevnost. Mezi běžná použití patří například dopravníky a součásti související s bezpečností. Mechanické vlastnosti POM jsou poměrně všestranné a umožňují různé aplikace.
Nízké tření
Nízké tření POM snižuje opotřebení kluzných prvků. Materiál je vhodný pro použití v oblastech s malým kolísáním pohybu. Díky své přirozené tendenci snižovat tření vyžaduje minimální údržbu: Tato schopnost POM odolávat otěru udržuje životnost výlisků poměrně dlouhou. Proto se často používá tam, kde je nízké tření nutností.
Bezpečnost potravin
Pokročilý materiál POM určený pro potravinářské účely splňuje bezpečnostní normy platné pro výrobky přicházející do styku s potravinami. POM mohou používat také výrobci strojů a zařízení pro zpracování potravin. Splňuje požadavky FDA, USDA a všechny právní a regulační požadavky na přísnou bezpečnost. Díky své netoxičnosti je POM vhodný pro použití v těchto odvětvích. acetalový vstřikovaný díl je široce používán v zařízeních pro zpracování potravin pro svou spolehlivost a odolnost.
Rozměrová stabilita
Výrobky ze vstřikování acetalu mají po vychladnutí přesné rozměry. Během lisování je jeho smrštění poměrně vysoké, ale poté zůstává téměř rovnoměrné. Rozměrová stálost je důležitá v odvětvích, jako je automobilový průmysl a elektronika. Vstřikované díly z POM zůstávají rozměrově stabilní i při mechanickém působení a tlaku. Tato vlastnost je předpokladem pro přesné součásti.
Odolnost proti korozi
POM je relativně odolný vůči většině chemických látek, jako jsou paliva a rozpouštědla. Nejlépe se hodí na místa, která mohou přijít do styku s chemickými látkami. Například válcové skladovací nádrže. Na materiál však působí silné kyseliny a zásady. POM dobře odolává působení chemických látek, a proto je vhodným materiálem pro použití v oblasti hospodaření s kapalinami. Má také dobrou a stabilní chemickou odolnost a dlouhou životnost v náročných podmínkách.
Tepelná odolnost
POM vydrží použití v oblastech s vysokými teplotami, a to až do 105 °C. Homopolymery odolávají vyšším teplotám než kopolymery. Zamýšlená vlastnost je klíčová pro ty součásti, které jsou vystaveny různým teplotním podmínkám. Díky této vlastnosti je POM vhodný pro použití v průmyslu, protože snáší vysoké teploty. Správná volba použitých materiálů znamená schopnost odolávat tepelným klimatickým podmínkám. Na vysokoteplotní plast pgae, abyste se dozvěděli více o vysokoteplotních materiálech.
Klíčové aspekty konstrukce vstřikovacích forem POM
Vstřikování acetalu upřednostňuje použití forem z nerezové oceli. Použitý materiál má korozivní účinky. Proto musí být použité formy pevné a odolné. Vysoké smrštění vyžaduje promyšlenou konstrukci formy, aby bylo možné dosáhnout přesných dílů. POM se široce uplatňuje v automobilovém průmyslu, v průmyslu a ve zdravotnictví. Tvarování tedy musí být provedeno správným způsobem a v tomto případě zajistí, že míra přesnosti a kvalita výstupu bude vysoká. Při konstrukci pro vstřikování POM je důležité vzít v úvahu některé vlastnosti.
Tloušťka stěny by měla být v rozmezí 0,030 až 0,125 palce. Udržením odchylky tloušťky na minimu je možné dosáhnout rovnoměrné tloušťky dílu. Řízení tolerancí je zásadní, protože míra smrštění společnosti je vysoká, což je patrné v případě POM. Poloměry by měly být minimalizovány zejména v oblastech, kde dochází k maximálnímu namáhání. Úhly ponoru v rozmezí 0,5 až 1 stupeň jsou ideální, protože jejich vysunutí je plynulé.
Tloušťka stěny
Tloušťka stěny má přímý vliv na kvalitu vstřikovaných dílů z POM. Tlustší části mohou také způsobit, že se díl nějakým způsobem deformuje nebo smršťuje, což nemusí být žádoucí. Tímto způsobem se zlepšuje celková struktura a zachovává se konzistentní tloušťka. Extrémně tenké stěny, i když jsou obtížné, se však musí vejít do určitých mezí. Tloušťka stěn hraje v konstrukčních aplikacích zásadní roli, a pokud je dobře provedena, pomáhá spolehlivě odolávat vysokým tlakům.
Tolerance
POM vykazuje vysoké smrštění, které se může stát problémem při práci na výliscích z POM, které musí být v úzké toleranci. Zejména u silnějších stěn se zvyšuje pravděpodobnost odchylky od tolerance. Konstrukce zajišťující stejné rozměry není špatný nápad, protože se tím zajistí konzistentní rozměry. Vždy existuje způsob správného tvarování, který by zajistil, že tolerance budou v přijatelných mezích. Problémy způsobené rozměrovými změnami lze dobře zvládnout plánováním a kontrolou.
Poloměry
Poloměry v konstrukci dílů pomáhají minimalizovat koncentraci napětí při použití dílu. Ostré rohy jsou vždy problémem, protože jsou to místa, která mohou způsobit nižší odolnost konstrukce. Zahrnutím poloměrů se tato místa s vysokým namáháním minimalizují, a tím se zvyšuje životnost dílu. Poloměry musí být rovny nebo větší než 0,25násobek jmenovité tloušťky stěny trubky. Menší poloměry snižují namáhání, avšak větší poloměry, až do 75%, nabízejí lepší rozložení napětí.
Úhel náběhu
Je možné dosáhnout vysokého výhozu dílů POM s minimálními úhly ponoru. POM má nízké tření, má také možnost mít úhly ponoru 0,5 stupně. Lze si představit, že u dílů, jako jsou ozubená kola, nemusí být nulový tah nezbytný pro splnění konstrukčních specifikací. Průvlaky pomáhají vyhnout se obtížím při oddělování dílů od forem s minimálním nebo žádným poškozením. Dobrý návrh tahu umožňuje efektivní výrobu a lepší kvalitu vyráběného dílu.
Výzvy při zpracování materiálu POM
Co ztěžuje zpracování POM? O jeho optimálním fungování rozhodují určité faktory. Protože POM má malou nebo nízkou toleranci k vysokým teplotním podmínkám. Obsluha formy při vstřikování bere v úvahu několik faktorů. Těmito faktory jsou tepelná regulace, úroveň vlhkosti, parametry vstřikování a smrštění. Tyto prvky jsou důležité pro dosažení úspěšné výroby vysoce kvalitních vstřikovaných dílů z POM.
Teplo
Jedním z nejdůležitějších aspektů, které je třeba při vstřikování POM zvládnout, je teplo. Při zahřátí na teplotu vyšší než 210 °C dochází k tepelné degradaci materiálu. Tento rozklad vede ke vzniku vedlejších produktů, které jsou korozivní a nakonec ovlivňují vstřikovací formu. Teplota formy by se měla pohybovat v rozmezí 60-100 °C, aby byl výsledek co nejlepší. Dále jsou výhodné krátké cykly ohřevu, protože materiál příliš nezatěžují. Se zvyšováním teploty by mělo být spojeno zkracování doby setrvání, aby bylo dosaženo kvality.
Vlhkost
Absorpce vlhkosti POM je poměrně nízká a pohybuje se mezi 0,2 a 0,5%. Doporučuje se však, aby POM pryskyřice byla před zpracováním vysušena, aby se dosáhlo nejlepších výsledků. Doba sušení se obvykle pohybuje mezi 3 až 4 hodinami v závislosti na třídě POM. Je to důležité proto, aby byla během lisování nízká vlhkost a snížil se tak výskyt vad. Pečlivou přípravou se předejde problémům spojeným s vlhkostí během vstřikování.
Parametry lisování
Pro vstřikování POM je nutné dodržet správné parametry vstřikování. Úspěšný vstřikovací tlak se pohybuje v rozmezí 70 až 120 MPa, aby byla zajištěna dobrá opakovatelnost experimentu. Žádoucí je také střední až vysoká vstřikovací rychlost, aby bylo dosaženo plynulé výroby dílu. Kontrola výlisků vyžaduje správnou kontrolu parametrů, aby bylo zajištěno, že výlisky splňují specifické specifikace. Pečlivým sledováním těchto parametrů je možné zvýšit kvalitu konečného výrobku.
Smršťování
Smršťování je obvyklým problémem materiálů POM včetně Delrinu®. Míra smrštění se obvykle pohybuje mezi 2 až 3,5 % ve fázi chladicího cyklu. K většině smrštění dochází, když je díl ještě ve formě, a ke zbytku dochází během procesu po vstřikování. Nevyztužený homopolymer POM vykazuje větší smrštění než kopolymerní materiály. Tyto míry smrštění je třeba zohlednit při návrhu formy, aby byly dodrženy požadované rozměry.
Nevýhody vstřikování acetalu
Ačkoli acetalové lisování nabízí několik výhod. Má také svá omezení a nevýhody. Kromě toho se acetalové formy potýkají s mnoha problémy. Tato omezení je třeba během procesu lisování pečlivě zvážit, aby společnosti dosáhly kvalitních konečných výrobků.
Špatná odolnost proti povětrnostním vlivům
Acetal je velmi náchylný k degradaci. Obvykle v situacích, kdy je vystaven ultrafialovému nebo UV záření. Je tomu tak proto, že jejich neustálé vystavení může způsobit velké barevné změny a nakonec ovlivnit jejich výkon. UV záření zhoršuje estetickou hodnotu a fyzicky oslabuje materiál. UV záření navíc narušuje strukturu polymerů. Proto je nutné používat stabilizátory, které zvýší odolnost acetalu vůči povětrnostním vlivům. Tyto stabilizátory nemusí zcela zabránit degradaci po dlouhou dobu ve venkovním prostředí, což brání použití acetalu v exteriéru.
Křehkost
V pevném stavu je acetal vysoce odolný a má vysokou tuhost, ale za zvláštních okolností podléhá křehkému porušení. Teplota Nízká teplota ovlivňuje materiálové vlastnosti acetalu a způsobuje jeho náchylnost k praskání nebo lámání při nárazu. Tato křehkost je však nevýhodou ve všech aplikacích, kde je žádoucí vysoká rázová pevnost, zejména při nízkých teplotách. Při navrhování výrobků, které se lisují z acetalu, aby vydržely náraz, aniž by se zlomily, se objevují značné problémy.
Pokud jde o vliv procesu vstřikování acetalu na mechanické vlastnosti dílů, je třeba vzít v úvahu následující skutečnosti.
Konstrukce vstřikovací formy z acetalu
Při navrhování aplikace z acetalového materiálu je důležité správně zvolit formu, protože ta určuje kvalitu a stabilitu konečného výrobku. Zde je několik klíčových pokynů pro navrhování, které je třeba dodržet:
- Průměr běžce: Průměr kanálku se navrhuje v rozmezí 3 až 6 mm, aby byl umožněn snadný tok materiálu během vstřikování.
- Délka brány: V ideálním případě by délka hradítek měla být asi 0,5 mm, aby bylo možné správně regulovat průchodnost materiálu. Zlepšuje rovnoměrnost formy, takže při plnění formy materiálem nevznikají žádné vady.
- Průměr kulaté brány: Ta by měla být poloviční až šestinásobkem tloušťky lisovaného dílu. Správným dimenzováním vrat se eliminují případy, jako jsou krátké záběry a linie svarů.
- Obdélníková šířka brány: Šířka obdélníkových vrat musí být podle konstrukce nejméně dvakrát větší než tloušťka výrobku. V ideálním případě by to měl být přibližně 0,6násobek tloušťky stěny, pokud jde o konstrukční vyztužení nádoby.
- Úhel návrhu: Úhel formy 40 až 1 30 je navržen pro snadné odstranění výlisku bez otěru povrchu.
Předsušení acetalového materiálu
I když má acetalový díl vysokou hodnotu absorpce vlhkosti, doporučuje se, aby byl před vstřikováním pryskyřice předsušen. Předsušení také snižuje přítomnost určité formy vlhkosti, která je destruktivní, jako je tvorba dutin nebo bublin. Proces sušení by měl probíhat při teplotě 80-100 °C a měl by trvat 2-4 hodiny. Správné sušení je stejně důležité, protože kromě usnadnění formování bez trysek pomáhá zachovat různé vlastnosti materiálů.
Řízení teploty při lisování acetalu
Při vstřikování acetalu je pro dosažení lepších výsledků velmi důležité udržovat vlhkost i teplotu taveniny. Teplota formy by měla být udržována mezi 75 a 120 stupni Celsia a teplota taveniny mezi 190 a 230 stupni Celsia (374 a 446 stupňů Fahrenheita). Parametry, jako je přesná regulace teploty, také zvládají problémy, jako je deformační smrštění nebo dokonce špatná povrchová úprava. Přesná regulace tepelných podmínek pomáhá rovnoměrně chladit, a tím minimalizovat napětí při zlepšování rozměrových vlastností konečného výrobku.
Vstřikovací tlak
Každý materiál vyžaduje specifický vstřikovací tlak, kterého je třeba dosáhnout pro zajištění specifické kvality dílu. Rozsah tlaků se pohybuje v rozmezí 40-130 MPa v závislosti na rychlosti toku taveniny acetalu a na tloušťce a rozměrech vtokového hradla a dílu. Pokud je tlak nízký, může být forma nedostatečně naplněna, a pokud je tlak vysoký, je pravděpodobné, že dojde k otryskání nebo jiným vadám. Optimální tlak je důležitý pro vytvoření vhodného tvaru dílu a vyloučení defektů.
Rychlost vstřikování
Dalším faktorem, který výrazně ovlivňuje proces vstřikování acetalu, je rychlost vstřikování. V závislosti na tvorbě louží se rychlost vstřikování do formy pohybuje od střední po vysokou, aby se zabránilo vzniku defektů při plnění formy. V případě pomalé rychlosti jsou na povrchu vidět stopy po toku nebo povrchové nedokonalosti. Na druhou stranu vysoká rychlost může vést k tzv. tryskání nebo smykovému přehřátí, což je špatné pro pevnost a povrchovou úpravu většiny dílů. Úpravou vstřikovací rychlosti lze odstranit vady vstřikování a zvýšit produktivitu vstřikování.
Tyto úvahy umožňují výrobcům zvýšit efektivitu vstřikovaných acetalových dílů kontrolou parametrů a vzniklých problémů. Aby bylo možné co nejlépe využít pozitivních vlastností acetalu a zároveň se vyhnout jeho nevýhodám, je třeba přesně vyladit určité aspekty konstrukce formy, manipulace s materiálem i procesu.
Závěr
Acetal nebo polyoxymethylen je typ vstřikovaného semikrystalického termoplastu. Tento materiál se běžně používá v mechanických dílech, jako jsou pouzdra, ložiska, ozubená a řetězová kola.
Ve srovnání s kovy a jinými plasty má acetal nízký koeficient tření a vysokou tuhost. Tyto vlastnosti výrazně zlepšují jeho vlastnosti při opotřebení, a proto mají výsledné výrobky dlouhou životnost.
Díky těmto vlastnostem je acetal vhodným materiálem pro mnoho strojírenských aplikací. Správné zpracování a konstrukce zařízení zvyšují jejich účinnost a trvanlivost v různých průmyslových odvětvích.
Zavedení acetalu do výrobních procesů může vést k vyšší účinnosti a nižší četnosti údržby mechanických zařízení.