Sprøytestøping av acetal eller Sprøytestøping av POM deler produsert av polyoksymetylen (POM), et høyforedlet termoplastisk materiale. POM kan være homopolymer eller kopolymer acetal. Homopolymer acetal har høy styrke på grunn av sin krystallinske struktur. Det kan imidlertid være problematisk på grunn av det svært spesifikke smeltepunktet. Copolymer acetal er enklere å støpe på grunn av det større prosessvinduet. Det er mindre mekanisk sterkt enn det forrige materialet, ettersom den krystallinske strukturen er mindre ordnet.
Noen anerkjente leverandører tilbyr kopolymeracetaler. DuPont, en velrenommert materialleverandør, tilbyr kun Delrin®, en homopolymer med forbedrede egenskaper. Delrin®-kvalitetene kategoriseres etter styrke, stivhet, viskositet og motstand. Det er kompatibelt med både sprøytestøping og CNC-maskinering. Produkter/deler av acetalstøpeformer er svært viktige i bilindustrien, den medisinske sektoren og innen væskehåndtering.
Denne artikkelen fokuserer først og fremst på sprøytestøping av acetalplast, POM-egenskaper, fordeler og designretningslinjer for produksjon av deler fra POM. I tillegg gir vi deg en designguide for sprøytestøping, visse forslag og anbefalinger for å oppnå optimale resultater for ditt sprøytestøpeprosjekt i acetal.
Hva er Acetal?
Acetal, også kjent som polyoksymetylen (POM), er en seig termoplast med høy ytelse. Det er et halvkrystallinsk materiale som ofte brukes til tekniske anvendelser. Acetalpolymerer dannes ved sammenkobling av lange kjeder med molekylformelen CH2O. Noen kopolymermonomerer er også inkorporert for å gi ekstra funksjonalitet. Avhengig av strukturen kan acetal være en homopolymer eller en kopolymer i naturen, avhengig av strukturen.
Den mest kjente homopolymeren av acetal er DuPont™ Delrin®. Acetalplast har høy styrke og stivhet, noe som gjør dem ideelle for bruksområder som krever høy styrke, men lav bøyning. Disse plastmaterialene har også lav friksjon og høy slitasje. Den lave vannabsorpsjonsevnen gjør at acetal har utmerket motstand mot dimensjonsendringer. Av disse grunnene brukes acetal i stedet for metaller til mange bruksområder.
Materialegenskaper for Acetal/POM
Tabell: Egenskaper for ulike acetal-kvaliteter
| Eiendom | Delrin® 100 BK602 | Duracon® M90-44 | Celcon® M90 | Kepital® F20-03 | Hostaform® C9021 |
| Fysisk | |||||
| Tetthet (g/cm³) | 1.42 | 1.41 | 1.41 | 1.41 | 1.41 |
| Krympingshastighet (%) | 1.9-2.2 | 2.1-2.3 | 1.9-2.2 | 2.0 | 1.8-2.0 |
| Rockwell-hardhet | 120 R | 80 M | NA | NA | NA |
| Mekanisk | |||||
| Strekkfasthet (MPa) | 72 | 62 | 66 | 65 | 64 |
| Forlengelse ved utstrekning (%) | 23 | 35 | 10 | 10 | 9 |
| Bøyemodul (GPa) | 2.9 | 2.5 | 2.55 | 2.55 | NA |
| Bøyestyrke (MPa) | NA | 87 | NA | 87 | NA |
| Sprøytestøping | |||||
| Tørketemperatur (°C) | 80-100 | NA | 80-100 | 80-100 | 120-140 |
| Tørketid (timer) | 2-4 | NA | 3 | 3-4 | 3-4 |
| Smeltetemperatur (°C) | 215 | 200 | 205 | 180-210 | 190-210 |
| Formtemperatur (°C) | 80-100 | 80 | 90 | 60-80 | 85 |
Tabellen over viser POM-handelsnavnene som er nevnt ovenfor, sammen med deres egenskaper. Homopolymeren Delrin® 100 har den høyeste strekkfastheten på grunn av en høyere grad av krystallinitet i polymeren. POM kjennetegnes av svært god strekk- og bøyestyrke, men av høy krymping. Avhengig av bruksområdet kan visse POM-kvaliteter inneholde fyllstoffer for å forbedre styrke, korrosjon eller UV-bestandighet.
Fordeler med sprøytestøping av POM
Acetal har høy ytelse med ønskelige tekniske egenskaper. Materialet har høy utmattings- og krypstyrke når det utsettes for påkjenninger. Den høye mekaniske styrken gjør det optimalt for ulike presisjonskrevende sektorer, som romfart og bilindustrien. Lav friksjon bidrar til at POM har et svært lavt slitasjenivå over lang tid. Dessuten ruster/korroderer ikke acetal, og det kan også fungere ved høye temperaturer.
Motstandsdyktighet mot utmattelse
Sprøytestøpte deler i acetal har gode egenskaper når de utsettes for gjentatte belastningssykluser. Det er mest egnet i situasjoner der belastningen er konstant, for eksempel i tannhjul. Homopolymer POM gir dermed bedre utmattingsstyrke enn kopolymerer. Disse særegne egenskapene gjør det mulig å oppnå langsiktig pålitelighet under forhold med høy belastning. Utmattingsstyrken gjør POM egnet til bruk i applikasjoner der det er ønskelig med mekaniske deler.
Motstand mot kryp
POM-støpte deler utviser dimensjonsstabilitet når de utsettes for mekaniske belastninger på lang sikt. Det har en svært lav tendens til å gjennomgå permanent deformasjon, selv når det utsettes for konstant stress. Denne egenskapen gjør POM velegnet til bruk i lastbærende applikasjoner. Materialets mangel på krymping gjør det også ideelt for strukturelle anvendelser. Dette er et svært pålitelig område når det gjelder POMs ytelse under trykk.
Høy styrke
Sprøytestøpte deler i POM gir de beste strekk- og bøyeegenskapene. Materialet gir den stivheten som kreves i mekaniske deler med høy ytelse. Homopolymerversjoner av POM viser enda større styrke sammenlignet med kopolymerene. Noen av de vanligste bruksområdene er transportbånd og sikkerhetsrelaterte komponenter. De mekaniske egenskapene til POM er ganske allsidige, noe som gjør at materialet kan brukes til mange forskjellige formål.
Lav friksjon
Den lave friksjonen i POM reduserer slitasjen på glidelementene. Materialet egner seg godt til bruk i områder der det er lite variasjon i bevegelsene. Det krever minimalt med vedlikehold på grunn av sin naturlige tendens til å redusere friksjonen: POMs evne til å motstå slitasje gjør at støpedelene holder lenge. Derfor brukes det ofte der lav friksjon er en nødvendighet.
Matsikkerhet
Avansert POM-materiale av næringsmiddelkvalitet oppfyller sikkerhetsstandardene som gjelder for produkter som kommer i kontakt med næringsmidler. POM kan også brukes av produsenter av maskiner og utstyr for næringsmiddelindustrien. Det oppfyller FDAs, USDAs og alle andre juridiske og regulatoriske krav til streng sikkerhet. På grunn av sin giftfrihet er POM godt egnet til å ansette i disse sektorene. acetal sprøytestøpedel er mye brukt i matbehandlingsutstyr for sin pålitelighet og pålitelighet.
Dimensjonell stabilitet
Sprøytestøpte produkter av acetal har nøyaktige dimensjoner når de er avkjølt etter støpeprosessen. Under støpingen er krympingen relativt høy, men etterpå er den nesten jevn. Dimensjonsstabilitet er viktig i bransjer som bil- og elektronikkindustrien. POM-sprøytestøpte deler forblir formstabile under mekanisk påføring og trykk. Denne egenskapen er en forutsetning for presisjonskomponenter.
Motstandsdyktighet mot korrosjon
POM er relativt immun mot de fleste kjemiske stoffer som drivstoff og løsemidler. Det egner seg best på steder som kan komme i kontakt med kjemikalier. For eksempel sylindriske lagringstanker. Materialet påvirkes imidlertid av sterke syrer og baser. POM tåler kjemiske angrep godt og er derfor det rette materialet for bruk i væskehåndtering. Det har også god og stabil kjemikaliebestandighet samt lang levetid under tøffe forhold.
Varmebestandighet
POM tåler bruk i områder med høye temperaturer, opp til 105 °C. Homopolymerer tåler høyere temperaturer enn kopolymerer. Denne egenskapen er avgjørende for komponenter som utsettes for varierende temperaturforhold. Denne egenskapen gjør POM egnet for bruk i industrien på grunn av sin toleranse for høye temperaturer. Riktig valg av materialer er avgjørende for evnen til å motstå termisk klima. Til høytemperaturplast pgae for å lære mer om høytemperaturmaterialer.
Viktige hensyn ved design av POM-sprøytestøping
Sprøytestøping av acetal foretrekker bruk av støpeformer i rustfritt stål. Materialet som brukes har en korrosiv effekt. Derfor må formene som brukes være sterke og motstandsdyktige. Høy krymping krever en skarp formdesign for å oppnå presise deler. POM brukes mye i bilindustrien, industrien og medisinske deler. Så støping må gjøres på riktig måte, og i dette tilfellet vil det sikre at graden av presisjon og kvalitet blir høy. Det er viktig å ta hensyn til noen funksjoner når du designer for POM-sprøytestøping.
Veggtykkelsen bør ligge mellom 0,030 og 0,125 tommer. Ved å holde tykkelsesvariasjonen på et minimum er det mulig å oppnå en jevn tykkelse på delen. Håndtering av toleranser er avgjørende fordi bedriftens krymping er høy, noe som er tydelig når det gjelder POM. Radier bør minimeres, spesielt i de områdene som utsettes for maksimal belastning. Utkastvinkler på 0,5 til 1 grad er ideelle fordi utkastet er jevnt.
Veggtykkelse
Veggtykkelsen har direkte innvirkning på kvaliteten på sprøytestøpte POM-deler. Tykkere seksjoner kan også føre til at delen vrir seg eller krymper på en eller annen måte, noe som kanskje ikke er ønskelig. På denne måten forbedres den generelle strukturen, og man opprettholder en jevn tykkelse. Selv om det er vanskelig å lage ekstremt tynne vegger, må de likevel holde seg innenfor visse grenser. Veggtykkelsen spiller en viktig rolle i strukturelle anvendelser, og hvis den er godt utført, bidrar den til å motstå høyt trykk på en pålitelig måte.
Toleranser
POM har høy krymping, noe som kan bli en utfordring når man arbeider med POM-støpedeler som må ligge innenfor strenge toleransegrenser. Spesielt tykkere vegger øker sannsynligheten for toleranseavvik. Det er ingen dårlig idé å designe for å sikre at målene er like, slik at dimensjonene blir konsistente. Det finnes alltid en måte å støpe riktig på, og dette vil sikre at toleransene er innenfor de akseptable grensene. Problemer som skyldes dimensjonsendringer håndteres godt ved hjelp av planlegging og kontroll.
Radier
Radier i delkonstruksjoner bidrar til å minimere spenningskonsentrasjonen ved bruk av delen. Skarpe hjørner er alltid et problem, fordi det er disse punktene som kan gjøre en struktur mindre holdbar. Ved å inkludere radier minimeres disse belastningsområdene, noe som øker delens levetid. Radiene må være lik eller større enn 0,25 ganger den nominelle tykkelsen på rørveggen. Mindre radier reduserer belastningen, men større radier, opptil 75%, gir bedre spenningsfordeling.
Utkastvinkel
Det er mulig å oppnå høy utstøting av POM-emner med minimale utkastvinkler. POM har lav friksjon, og det er også mulig å ha utkastvinkler på 0,5 grader. For deler som tannhjul kan det tenkes at null utkast ikke er avgjørende for å tilfredsstille designspesifikasjonene. Utkast bidrar til å unngå vanskeligheter med å separere deler fra formene med minimal eller ingen skade. God utforming av utkastet muliggjør effektiv produksjon og bedre kvalitet på den delen som skal produseres.
Utfordringer ved bearbeiding av POM-materiale
Hva er det som gjør POM vanskelig å behandle? Vel, det er visse faktorer som avgjør om det fungerer optimalt. POM har en liten eller lav toleranse for høye termiske forhold. Flere faktorer tas i betraktning av formoperatører under sprøytestøping. Slike faktorer er varmekontroll, fuktighetsnivå, støpeparametere og krymping. Disse elementene er viktige for å oppnå vellykket produksjon av POM-sprøytestøpedeler av høy kvalitet.
Varme
Et av de mest kritiske aspektene som må håndteres ved sprøytestøping av POM, er varme. Når materialet varmes opp til mer enn 210 °C, skjer det en termisk nedbrytning. Denne nedbrytningen resulterer i dannelsen av biprodukter som er korrosive og ender opp med å påvirke sprøytestøpeformen. For å oppnå best mulig resultat bør temperaturen i formen ligge mellom 60 og 100 °C. Korte varmesykluser er også fordelaktige fordi de ikke stresser materialet for mye. Når temperaturen økes, bør den ledsages av en reduksjon i oppholdstiden for å oppnå kvalitet.
Fuktighet
Fuktabsorpsjonen til POM er ganske lav og ligger mellom 0,2 og 0,5%. Det anbefales imidlertid at POM-harpiksen tørkes før bearbeiding for å oppnå best mulig resultat. Tørketiden er normalt mellom 3 og 4 timer, avhengig av POM-kvalitet. Dette er viktig for å sikre lave fuktighetsnivåer under støpingen og dermed redusere forekomsten av defekter. Ved å være nøye med forberedelsene unngår man problemer med fuktighet under injeksjonen.
Parametere for støping
Den rette støpeparameteren må opprettholdes for POM-sprøytestøping. Det vellykkede injeksjonstrykket som er identifisert, ligger mellom 70 og 120 MPa for å sikre god repeterbarhet av eksperimentet. En middels til høy injeksjonshastighet er også ønskelig for å oppnå en jevn produksjon av delen. Kontroll av støpte deler krever riktig parameterkontroll for å sikre at de støpte delene oppfyller spesifikke spesifikasjoner. Ved å følge disse parameterne nøye er det mulig å forbedre kvaliteten på sluttproduktet.
Krymping
Krymping er et vanlig problem med POM-materialer, inkludert Delrin®. Krympingen ligger vanligvis på mellom 2 og 3,5 prosent i avkjølingsfasen av syklusen. Størstedelen av krympingen skjer mens delen fortsatt er i formen, mens resten skjer etter utstøping. Ikke-forsterket homopolymer POM har større krymping enn kopolymermaterialer. Disse krympningshastighetene må tas i betraktning i formutformingen for å oppnå de ønskede dimensjonene.
Ulemper med sprøytestøping av acetal
Selv om acetalstøping gir flere fordeler. Det har også sine begrensninger og ulemper. I tillegg kommer acetalformer med mange utfordringer. Disse begrensningene må vurderes nøye under støpeprosessen for at bedrifter skal oppnå sluttbruksprodukter av god kvalitet.
Dårlig værbestandighet
Acetal er svært sårbart for nedbrytning. Normalt i situasjoner der det utsettes for ultrafiolett lys eller UV-lys. Dette er fordi konstant eksponering for UV-lys kan føre til store fargeforandringer og til slutt påvirke ytelsen. UV-stråling forringer den estetiske verdien og svekker materialet fysisk. UV-stråling tærer dessuten på polymerenes struktur. Derfor må det brukes stabilisatorer for å forbedre acetals motstand mot forvitring. Disse stabilisatorene forhindrer kanskje ikke nedbrytningen helt over lange perioder utendørs, noe som hindrer bruken av acetal til utvendig bruk.
Skjørhet
I fast tilstand er acetal svært motstandsdyktig og har høy stivhet, men kan under spesielle omstendigheter gå i stykker. Temperatur Lav temperatur påvirker materialegenskapene til acetal og gjør det utsatt for sprekker eller brudd når det utsettes for støt. Denne sprøheten er imidlertid en ulempe i alle bruksområder der det er ønskelig med høy slagfasthet, spesielt ved lave temperaturer. Det er en betydelig utfordring å designe produkter som er støpt av acetal, slik at de tåler støt uten å sprekke.
Når det gjelder effekten av acetalstøpeprosessen på de mekaniske egenskapene til delene, bør det tas hensyn til en rekke forhold.
Design av sprøytestøpeformer i acetal
Når du skal designe en applikasjon med acetal-materiale, er det viktig at formen er riktig, fordi den er avgjørende for kvaliteten og stabiliteten til sluttproduktet. Her er noen viktige retningslinjer for design:
- Løperens diameter: Det anbefales at kanaldiameteren er mellom 3 og 6 mm for å sikre at materialet flyter lett under injeksjonen.
- Portlengde: Ideelt sett bør portlengden være ca. 0,5 mm for å gi riktig regulering av materialgjennomstrømningen. Det forbedrer formens ensartethet slik at det ikke dannes defekter når formen fylles med materialet.
- Rund portdiameter: Denne bør være mellom halvparten og seks ganger tykkelsen på delen som skal støpes. Ved å dimensjonere portene riktig elimineres tilfeller som korte skudd og sveiselinjer.
- Rektangulær portbredde: Bredden på de rektangulære portene må være minst dobbelt så stor som tykkelsen på produktet. Dette bør ideelt sett være omtrent 0,6 ganger veggtykkelsen når det gjelder den strukturelle forsterkningen av beholderen.
- Draft Angle: En formvinkel på 40 til 1 30 foreslås for enkel fjerning av den støpte delen uten slitasje på overflaten.
Acetal-materiale for fortørking
Selv om det har en høy fuktighetsabsorpsjonsverdi, anbefales det at acetal-delen fortørkes før sprøytestøping av harpiksen. Fortørking reduserer også forekomsten av en eller annen form for fuktighet som er ødeleggende, for eksempel dannelse av hulrom eller bobler. Tørkeprosessen bør foregå ved en temperatur på 80-100 °C og bør ta 2-4 timer. Korrekt tørking er like viktig siden det bidrar til å bevare ulike egenskaper ved materialet, i tillegg til at det gjør det lettere å støpe uten gulping.
Temperaturkontroll for acetalstøping
Når det gjelder sprøytestøping av acetal, er det svært viktig å opprettholde både fuktighet og smeltetemperatur for å oppnå bedre resultater. Formtemperaturen bør holdes mellom 75 og 120 °C og smeltetemperaturen mellom 190 og 230 °C (henholdsvis 374 og 446 Fahrenheit). Parametere som nøyaktig temperaturregulering håndterer også problemer som forvrengning, krymping eller til og med dårlig overflatefinish. Nøyaktig regulering av de termiske forholdene bidrar til jevn avkjøling og dermed til å minimere spenninger og forbedre sluttproduktets dimensjonale egenskaper.
Injeksjonstrykk
Hvert materiale krever et spesifikt innsprøytningstrykk som må oppnås for å gi den spesifikke delkvaliteten. Trykkområdet ligger i området 40-130 MPa, avhengig av smeltehastigheten til acetal og tykkelsen og størrelsen på løpeporten og delen. Når trykket er lavt, kan formen fylles utilstrekkelig, og hvis trykket er høyt, er det sannsynlig at det oppstår flash eller andre defekter. Det optimale trykket er viktig for å skape en passende form og unngå defekter.
Sprøytestøpehastighet
Injeksjonshastigheten er også en annen som i stor grad påvirker prosessen med acetalstøping. Avhengig av dannelsen av pytter, varierer injeksjonshastigheten fra moderat til rask for å unngå at det oppstår feil når formen fylles. Ved langsom hastighet sees strømningsmerkene eller overflatefeilene på overflaten. På den annen side kan høy hastighet føre til det som kalles jetting eller overoppheting av skjær, noe som er dårlig for styrken og overflatefinishen til de fleste deler. Ved å endre innsprøytningshastigheten kan man eliminere støpefeilene og øke støpeproduktiviteten.
Disse hensynene gjør det mulig for produsentene å forbedre effektiviteten til de sprøytestøpte delene i acetal ved å kontrollere parametere og problemer som oppstår. For å utnytte de positive egenskapene til acetal på best mulig måte og samtidig unngå ulempene, må visse aspekter ved formutformingen, materialhåndteringen og prosessen finjusteres.
Konklusjon
Acetal eller polyoksymetylen er en type sprøytestøpt halvkrystallinsk termoplast. Dette materialet brukes ofte i mekaniske deler som foringer, lagre, tannhjul og tannhjul.
Sammenlignet med metaller og andre plastmaterialer har acetal en lav friksjonskoeffisient og høy stivhet. Disse egenskapene forbedrer slitasjeegenskapene betraktelig, og dermed får man produkter med lang levetid.
Til sammen gjør disse egenskapene acetal til et foretrukket materiale for mange tekniske bruksområder. Riktig bearbeiding og utforming av utstyret forbedrer effektiviteten og holdbarheten i ulike bransjer.
Innføring av acetal i produksjonsprosesser kan føre til høyere effektivitet og lavere vedlikeholdsfrekvens for mekanisk utstyr.