Acetal-sprøjtestøbning eller Sprøjtestøbning af POM dele fremstillet af polyoxymethylen (POM), et højt forarbejdet termoplastisk materiale. POM kan have form af homopolymer eller copolymer acetal. Homopolymer acetal udviser høj styrke på grund af sin krystallinske struktur. Det kan dog være problematisk som følge af det meget specifikke smeltepunkt. Copolymer acetal er lettere at støbe på grund af det større bearbejdningsvindue. Det er mindre mekanisk stærkt end det foregående materiale, da dets krystallinske struktur er mindre ordnet.
Nogle anerkendte leverandører tilbyder copolymer-acetaler. Mens DuPont, en velrenommeret materialeleverandør, kun tilbyder Delrin®, en homopolymer med forbedrede egenskaber. Delrin®-kvaliteter kategoriseres efter deres styrke, stivhed, viskositet og modstandsdygtighed. Det er kompatibelt med både sprøjtestøbning og CNC-bearbejdning. Acetal-støbeprodukter/-dele bruges i høj grad inden for bilindustrien, den medicinske sektor og væskehåndtering.
Denne artikel fokuserer primært på sprøjtestøbning af acetalplast, POM-egenskaber, fordele og designretningslinjer for fremstilling af dele af POM. Desuden vil vi give en designguide til sprøjtestøbning, visse forslag og anbefalinger til optimale resultater for dit acetal-sprøjtestøbningsprojekt.
Hvad er acetal?
Acetal, som også er kendt som polyoxymethylen (POM), er en hårdfør og højtydende termoplast. Det er et semikrystallinsk materiale, der ofte bruges til tekniske anvendelser. Acetalpolymerer dannes ved sammenkobling af lange kæder med molekylformlen CH2O. Nogle copolymermonomerer er også inkorporeret for at give yderligere funktionalitet. Afhængigt af strukturen kan acetal være en homopolymer eller copolymer i naturen afhængigt af strukturen.
Den mest kendte homopolymer acetal er DuPont™ Delrin®. Acetalplast har en høj styrke og stivhed, som gør dem ideelle til anvendelser, der kræver høj styrke, men lav bøjning. Disse plasttyper har også lav friktion og høj slidstyrke. Lav vandabsorbering gør, at acetal har fremragende modstandsdygtighed over for dimensionsændringer. Af disse grunde bruges acetal i stedet for metaller til mange formål.
Acetal/POM Materialeegenskaber
Tabel: Egenskaber for forskellige acetal-kvaliteter
| Ejendom | Delrin® 100 BK602 | Duracon® M90-44 | Celcon® M90 | Kepital® F20-03 | Hostaform® C9021 |
| Fysisk | |||||
| Massefylde (g/cm³) | 1.42 | 1.41 | 1.41 | 1.41 | 1.41 |
| Krympningshastighed (%) | 1.9-2.2 | 2.1-2.3 | 1.9-2.2 | 2.0 | 1.8-2.0 |
| Rockwell-hårdhed | 120 R | 80 M | NA | NA | NA |
| Mekanisk | |||||
| Trækstyrke (MPa) | 72 | 62 | 66 | 65 | 64 |
| Forlængelse ved udbytte (%) | 23 | 35 | 10 | 10 | 9 |
| Bøjningsmodul (GPa) | 2.9 | 2.5 | 2.55 | 2.55 | NA |
| Bøjningsstyrke (MPa) | NA | 87 | NA | 87 | NA |
| Sprøjtestøbning | |||||
| Tørretemperatur (°C) | 80-100 | NA | 80-100 | 80-100 | 120-140 |
| Tørretid (timer) | 2-4 | NA | 3 | 3-4 | 3-4 |
| Smeltetemperatur (°C) | 215 | 200 | 205 | 180-210 | 190-210 |
| Formens temperatur (°C) | 80-100 | 80 | 90 | 60-80 | 85 |
Tabellen ovenfor viser de ovennævnte POM-handelsnavne sammen med deres egenskaber. Homopolymer Delrin® 100 har den højeste trækstyrke på grund af en højere grad af krystallinitet i polymeren. POM er kendetegnet ved meget god træk- og bøjningsstyrke, men ved en høj krympningshastighed. Afhængigt af anvendelseskravene kan visse POM-kvaliteter indeholde fyldstoffer for at forbedre styrke, korrosion eller UV-bestandighed.
Fordele ved POM-sprøjtestøbning
Acetal har en høj ydeevne med ønskelige tekniske egenskaber. Materialet har høj udmattelses- og krybestyrke, når det udsættes for stress. Den høje mekaniske styrke gør det optimalt til forskellige præcisionskrævende sektorer, som f.eks. rumfart og bilindustrien. Lav friktion hjælper POM med at have en meget lille grad af slitage over en lang periode. Desuden ruster/korroderer acetal ikke og kan også fungere ved høje temperaturer.
Modstandsdygtighed over for udmattelse
Acetal-sprøjtestøbte dele har gode egenskaber, når de udsættes for gentagne belastningscyklusser. Det er mest velegnet i situationer, hvor belastningen er konstant, f.eks. i tandhjul. Således giver homopolymer POM bedre udmattelsesstyrke end copolymerer gør. Disse særlige egenskaber gør det muligt at opnå langsigtet pålidelighed under forhold med høj belastning. Udmattelsesstyrken gør POM velegnet til brug i applikationer, hvor man ønsker mekaniske dele.
Modstand mod krybning
POM-støbte dele udviser dimensionsstabilitet, når de udsættes for mekaniske belastninger på lang sigt. Det har en meget lav tendens til at undergå permanent deformation, selv når det udsættes for konstant stress. Denne egenskab gør POM velegnet til brug i bærende applikationer. Materialets mangel på krybning gør det også ideelt til strukturelle anvendelser. Dette er et meget pålideligt område for POM's ydeevne under tryk.
Høj styrke
Sprøjtestøbte dele i POM giver de bedste træk- og bøjningsegenskaber. Materialet giver den stivhed, der kræves i højtydende mekaniske dele. Homopolymerversioner af POM viser endnu større styrke sammenlignet med copolymererne. Nogle almindelige anvendelser omfatter transportbånd og sikkerhedsrelaterede komponenter. POM's mekaniske egenskaber er ret alsidige og giver mulighed for forskellige anvendelser.
Lav friktion
POM's lave friktion mindsker slitage på de glidende dele. Materialet er velegnet til brug i områder, hvor der er lidt bevægelsesvariation involveret. Det kræver minimal vedligeholdelse på grund af dets naturlige tendens til at reducere friktionen: POM's evne til at modstå slid gør, at støbedelenes levetid er ret lang. Derfor anvendes det ofte, hvor lav friktion er en nødvendighed.
Fødevaresikkerhed
Avanceret POM-materiale i fødevarekvalitet opfylder de sikkerhedsstandarder, der gælder for produkter i kontakt med fødevarer. POM kan også bruges af producenter af maskiner og udstyr til fødevareforarbejdning. Det har overholdt FDA, USDA og alle juridiske og lovgivningsmæssige krav til streng sikkerhed. På grund af dets ugiftighed er POM velegnet til brug i disse sektorer. Acetal-sprøjtestøbningsdele bruges i vid udstrækning i udstyr til fødevareforarbejdning på grund af dets pålidelighed og driftssikkerhed.
Dimensionel stabilitet
Acetal-sprøjtestøbte produkter har nøjagtige dimensioner, når de er afkølet efter støbeprocessen. Under støbningen er krympningshastigheden relativt høj, men bagefter forbliver den næsten ensartet. Dimensionsstabilitet er vigtig i sektorer som bil- og elektronikindustrien. POM-sprøjtestøbte dele forbliver dimensionsstabile under mekanisk påvirkning og tryk. Denne egenskab er en forudsætning for præcisionskomponenter.
Modstandsdygtighed over for korrosion
POM er relativt immun over for de fleste kemiske stoffer som f.eks. brændstoffer og opløsningsmidler. Det er bedst at bruge på steder, der kan komme i kontakt med kemikalier. For eksempel cylindriske lagertanke. Materialet påvirkes dog af stærke syrer og baser. POM tåler godt kemiske angreb og er derfor det rigtige materiale til brug i væskestyring. Det har også en god og stabil kemikaliebestandighed samt en lang levetid under barske forhold.
Varmebestandighed
POM kan holde til at blive brugt i områder med høje temperaturer på op til 105 °C. Homopolymer-kvaliteter modstår højere varmepåvirkninger end copolymerer. Denne egenskab er afgørende for de komponenter, der udsættes for varierende temperaturforhold. Denne egenskab gør POM velegnet til brug i industrien på grund af dets tolerance over for høje temperaturer. Det rigtige valg af materialer betyder evnen til at modstå termiske klimaer. Til Plast til høje temperaturer pgae for at lære flere højtemperaturmaterialer at kende.
Vigtige overvejelser i design af POM-sprøjtestøbning
Sprøjtestøbning af acetal foretrækker at bruge forme af rustfrit stål. Det anvendte materiale har en ætsende effekt. Derfor skal de anvendte forme være stærke og modstandsdygtige. Højt svind kræver et skarpt formdesign for at opnå præcise dele. POM anvendes i vid udstrækning i dele til biler, industri og medicin. Så støbning skal ske på den rigtige måde, og i dette tilfælde vil det sikre, at graden af præcision og kvalitetsoutput bliver høj. Det er vigtigt at tage højde for nogle funktioner, når man designer til POM-sprøjtestøbning.
Vægtykkelsen bør ligge mellem 0,030 og 0,125 tommer. Ved at holde tykkelsesvariationen på et minimum er det muligt at opnå en ensartet tykkelse på emnet. Styringen af tolerancer er afgørende, fordi virksomhedens krympningshastighed er høj, og det er tydeligt i tilfældet med POM. Radier bør minimeres, især i de områder, der oplever maksimal stress. Udkastvinkler på 0,5 til 1 grad er ideelle, fordi udkastet er jævnt.
Væggens tykkelse
Væggens tykkelse har direkte indflydelse på kvaliteten af sprøjtestøbte POM-emner. Tykkere sektioner kan også få emnet til at vride sig eller krympe på den ene eller anden måde, og det er måske ikke ønskværdigt. På denne måde forbedres den overordnede struktur, og man opretholder en ensartet tykkelse. Men selv om det er svært at lave ekstremt tynde vægge, skal det ske inden for visse grænser. Vægtykkelsen spiller en afgørende rolle i strukturelle anvendelser, og hvis det gøres godt, hjælper det pålideligt med at modstå høje tryk.
Tolerancer
POM har et stort svind, som kan blive en udfordring, når man arbejder med POM-støbedele, der skal ligge inden for snævre tolerancer. Især tykkere vægge viser sig at øge sandsynligheden for toleranceafvigelse. Det er ikke en dårlig idé at designe for at sikre ensartede mål, da det vil sikre, at dimensionerne er ensartede. Der er altid en måde at støbe korrekt på, og det vil sikre, at tolerancerne er inden for de acceptable grænser. Problemer på grund af dimensionsændringer håndteres godt ved hjælp af planlægning og kontrol.
Radier
Radier i emnedesigns hjælper med at minimere spændingskoncentrationen ved brug af emnet. Skarpe hjørner er altid et problem, fordi det er de punkter, der kan gøre en struktur mindre holdbar. Ved at inkludere radier minimeres disse højspændingsområder, og dermed øges emnets levetid. Radier skal være lig med eller større end 0,25 gange rørvæggens nominelle tykkelse. Mindre radier reducerer spændingen, men større radier, op til 75%, giver en bedre spændingsfordeling.
Trækvinkel
Det er muligt at opnå en høj udstødning af POM-emner med minimale trækvinkler. POM har en lav friktion og har også mulighed for at have trækvinkler på 0,5 grader. Det kan tænkes, at det for dele som f.eks. tandhjul ikke er nødvendigt med nul udkast for at opfylde designspecifikationerne. Træk hjælper med at undgå vanskeligheder med at adskille dele fra forme med minimal eller ingen skade. Godt udkastdesign muliggør effektiv produktion og bedre kvalitet af den del, der skal produceres.
Udfordringer ved forarbejdning af POM-materiale
Hvad gør POM vanskelig at behandle? Det er visse faktorer, der afgør, om det fungerer optimalt. Da POM har en lille eller lav tolerance over for høje termiske forhold. Flere faktorer tages i betragtning af formoperatører under sprøjtestøbning. Sådanne faktorer er varmekontrol, fugtniveau, støbeparametre og krympning. Disse elementer er vigtige for at opnå en vellykket produktion af POM-sprøjtestøbedele af høj kvalitet.
Varme
Et af de mest kritiske aspekter, der skal håndteres ved sprøjtestøbning af POM, er varme. Når materialet opvarmes til en temperatur på over 210 °C, sker der en termisk nedbrydning. Denne nedbrydning resulterer i dannelsen af biprodukter, der er ætsende og ender med at påvirke sprøjtestøbeformen. Formtemperaturen bør være mellem 60-100 °C for at opnå det bedste resultat. Desuden er de korte opvarmningscyklusser også gavnlige, fordi de ikke stresser materialet for meget. Når temperaturen stiger, bør den ledsages af et fald i opholdstiden for at opnå kvalitet.
Fugt
POM's fugtabsorption er ret lav og ligger mellem 0,2 og 0,5%. Det anbefales dog, at POM-harpiks tørres før forarbejdning for at opnå de bedste resultater. Tørretiden er normalt mellem 3 og 4 timer, afhængigt af POM-kvaliteten. Det er vigtigt, så fugtniveauet er lavt under støbningen, hvilket mindsker forekomsten af defekter. Ved omhyggelig forberedelse undgår man problemer med fugt under indsprøjtningen.
Parametre for støbning
Den rigtige støbeparameter skal opretholdes til POM-sprøjtestøbning. Det identificerede vellykkede indsprøjtningstryk er mellem 70 og 120 MPa for at sikre god repeterbarhed af eksperimentet. En mellemhøj til høj indsprøjtningshastighed er også ønskelig for at opnå en jævn produktion af emnet. Kontrol af støbte dele kræver korrekt parameterkontrol for at sikre, at de støbte dele opfylder specifikke specifikationer. Ved nøje at følge disse parametre er det muligt at forbedre kvaliteten af det endelige produkt.
Krympning
Krympning er et almindeligt problem med POM-materialer, herunder Delrin®. Krympningsgraden er normalt mellem 2 og 3,5 procent i cyklusens afkølingsfase. Størstedelen af krympningen sker, mens emnet stadig er i formen, og resten sker efter udstødning. Ikke-forstærket homopolymer POM udviser større krympning end copolymermaterialer. Disse krympningshastigheder skal tages i betragtning i formdesignet for at opfylde de ønskede dimensioner.
Ulemper ved sprøjtestøbning af acetal
Selvom acetalstøbning giver flere fordele. Den har også sine begrænsninger og ulemper. Derudover kommer acetalforme med mange udfordringer. Disse begrænsninger skal overvejes nøje under støbeprocessen, så virksomhederne kan opnå slutprodukter af god kvalitet.
Dårlig vejrbestandighed
Acetal er meget sårbart over for nedbrydning. Normalt i situationer, hvor det udsættes for ultraviolet lys eller UV-lys. Det skyldes, at konstant eksponering for dem kan forårsage store farveskift og i sidste ende påvirke deres ydeevne. UV forringer den æstetiske værdi og svækker materialet fysisk. Desuden fjerner UV-stråling polymerernes struktur. Derfor skal der bruges stabilisatorer for at forbedre acetals modstandsdygtighed over for vejrlig. Disse stabilisatorer forhindrer muligvis ikke nedbrydningen fuldt ud over lange perioder udendørs, hvilket hæmmer brugen af acetal til udendørs brug.
Skørhed
I fast form er acetal meget modstandsdygtigt og har stor stivhed, men under særlige omstændigheder kan det blive skørt. Temperatur Lav temperatur påvirker acetals materialeegenskaber og gør det tilbøjeligt til at revne eller gå i stykker, når det udsættes for slag. Denne skørhed er dog en ulempe i alle anvendelser, hvor høj slagstyrke er ønskelig, især ved lave temperaturer. Der er betydelige udfordringer i at designe produkter, der er støbt af acetal, så de kan modstå stød uden at gå i stykker.
Hvad angår acetal-støbeprocessens indvirkning på emnernes mekaniske egenskaber, skal der tages hensyn til en række forhold.
Design af Acetal-indsprøjtningsform
Når man designer en applikation, der bruger acetal-materiale, er det vigtigt at lave den rigtige form, fordi den bestemmer slutproduktets kvalitet og stabilitet. Her er nogle vigtige retningslinjer for design, der skal følges:
- Løberens diameter: Kanaldiameteren foreslås at være mellem 3 og 6 mm for at sikre et let flow af materialet under indsprøjtningen.
- Gate længde: Ideelt set bør portlængden være ca. 0,5 mm for at give en ordentlig regulering af materialets gennemstrømning. Det forbedrer formens ensartethed, så der ikke dannes defekter, når formen fyldes med materialet.
- Rund portdiameter: Det skal være mellem en halv og seks gange tykkelsen på den del, der skal støbes. Ved at dimensionere portene korrekt elimineres tilfælde som korte skud og svejselinjer.
- Rektangulær portbredde: Som udgangspunkt skal bredden af de rektangulære porte være mindst dobbelt så stor som produktets tykkelse. Dette bør ideelt set være ca. 0,6 gange vægtykkelsen for så vidt angår den strukturelle forstærkning af beholderen.
- Udkast til vinkel: Der foreslås en formvinkel på 40 til 130, så man nemt kan fjerne den støbte del uden at slibe på overfladen.
Fortørrende acetal-materiale
Selv om det har en høj fugtabsorberingsværdi, anbefales det at fortørre acetal-delen, før den sprøjtestøbes til resin. Fortørring reducerer også tilstedeværelsen af en eller anden form for fugt, der er destruktiv som dannelse af hulrum eller bobler. Tørringsprocessen bør foregå ved en temperatur på 80-100 °C og bør tage 2-4 timer. Korrekt tørring er lige så vigtig, da den hjælper med at bevare forskellige egenskaber ved materialerne ud over at lette dysefri støbning.
Temperaturkontrol af acetalstøbning
Når det gælder sprøjtestøbning af acetal, er det meget vigtigt at opretholde både fugt og smeltetemperatur for at opnå bedre resultater. Formtemperaturen skal holdes mellem 75 og 120 grader, og smeltetemperaturen skal være mellem 190 og 230 grader (henholdsvis 374 og 446 Fahrenheit). Parametre som nøjagtig temperaturregulering håndterer også problemer som forvrængning, krympning eller endda dårlig overfladefinish. Nøjagtig regulering af termiske forhold hjælper med at køle ensartet og minimerer derfor spændinger, når slutproduktets dimensionelle egenskaber forbedres.
Indsprøjtningstryk
Hvert materiale kræver et specifikt indsprøjtningstryk, der skal opnås for at give den specifikke emnekvalitet. Trykket ligger i intervallet 40-130 MPa afhængigt af acetalens smeltehastighed og tykkelsen og størrelsen på løberporten og emnet. Når trykket er lavt, kan formen fyldes utilstrækkeligt, og hvis trykket er højt, vil der sandsynligvis opstå flash eller andre defekter. Det optimale tryk er vigtigt for at skabe en passende emnedannelse og udelukke defekter.
Sprøjtestøbningshastighed
Indsprøjtningshastigheden er også en anden ting, der har stor indflydelse på processen med acetalstøbning. Afhængigt af dannelsen af vandpytter varierer formens indsprøjtningshastighed fra moderat til hurtig for at undgå, at der opstår defekter, når formen fyldes. I tilfælde af langsom hastighed ses flydemærker eller overfladefejl på overfladen. På den anden side kan høj hastighed føre til det, der kaldes jetting eller shear-overophedning, hvilket er dårligt for styrken og overfladefinishen på de fleste dele. Ved at ændre indsprøjtningshastigheden kan man fjerne støbefejlene og øge støbeproduktiviteten.
Disse overvejelser gør det muligt for producenterne at forbedre effektiviteten af deres acetal-sprøjtestøbte dele ved at kontrollere parametre og opståede problemer. For at få mest muligt ud af de positive egenskaber ved acetal og samtidig undgå ulemperne skal visse aspekter af formdesign, materialehåndtering og proces finjusteres.
Konklusion
Acetal eller polyoxymethylen er en type sprøjtestøbt halvkrystallinsk termoplast. Dette materiale bruges ofte i mekaniske dele som bøsninger, lejer, gear og tandhjul.
Sammenlignet med metaller og andre plastmaterialer har acetal en lav friktionskoefficient og høj stivhed. Disse egenskaber forbedrer i høj grad dets slidegenskaber, og de resulterende produkter er derfor langtidsholdbare.
Alt i alt gør disse egenskaber acetal til det foretrukne materiale til mange tekniske anvendelser. Korrekt behandling og design af udstyret forbedrer deres effektivitet og holdbarhed i forskellige industrier.
Indførelse af acetal i produktionsprocesser kan resultere i højere effektivitet og lavere frekvens af vedligeholdelse af mekanisk udstyr.