Formsprutning av acetal

Formsprutning av acetal eller Formsprutning av POM delar tillverkade av polyoximetylen (POM), ett högförädlat termoplastiskt material. POM kan ha formen av en homopolymer eller copolymer acetal. Homopolymer acetal uppvisar hög hållfasthet på grund av sin kristallina struktur. Det kan dock vara problematiskt på grund av den mycket specifika smältpunkten. Copolymer acetal är lättare att forma på grund av det större bearbetningsfönstret. Det är mindre mekaniskt starkt än det tidigare materialet eftersom dess kristallina struktur är mindre ordnad.

Vissa välkända leverantörer erbjuder sampolymera acetaler. Medan DuPont, en välrenommerad materialleverantör, endast erbjuder Delrin®, en homopolymer med förbättrade egenskaper. Delrin®-kvaliteterna kategoriseras efter styrka, styvhet, viskositet och motståndskraft. Det är kompatibelt med både formsprutning och CNC-bearbetning. Produkter/delar i Acetalformar används inom fordons-, medicin- och vätskehanteringssektorerna.

Denna artikel fokuserar främst på formsprutning av acetalplast, POM-egenskaper, fördelar och designriktlinjer för tillverkning av delar från POM. Dessutom kommer vi att tillhandahålla en designguide för formsprutning, vissa förslag och rekommendationer för optimala resultat för ditt acetalformsprutningsprojekt.

Vad är Acetal?

Acetal, som också kallas polyoximetylen (POM), är en tålig och högpresterande termoplast. Det är ett halvkristallint material som ofta används för tekniska tillämpningar. Acetalpolymerer bildas genom sammanlänkning av långa kedjor med molekylformeln CH2O. Vissa sampolymermonomerer ingår också för att ge ytterligare funktionalitet. Beroende på strukturen kan acetal vara en homopolymer eller sampolymer i naturen beroende på strukturen.

Den mest välkända homopolymera acetalplasten är DuPont™ Delrin®. Acetalplaster har hög hållfasthet och styvhet, vilket gör dem idealiska för applikationer som kräver hög hållfasthet men låg böjning. Dessa plaster har också låg friktion och höga slitagehastigheter. Låg vattenabsorption gör att acetal har utmärkt motståndskraft mot dimensionella förändringar. Av dessa skäl används acetal i stället för metaller för många användningsområden.

Acetal/POM Materialegenskaper

Tabell över egenskaper: Egenskaper för olika acetalkvaliteter

Fastighet	Delrin® 100 BK602	Duracon® M90-44	Celcon® M90	Kepital® F20-03	Hostaform® C9021
Fysisk
Densitet (g/cm³)	1.42	1.41	1.41	1.41	1.41
Krympningsgrad (%)	1.9-2.2	2.1-2.3	1.9-2.2	2.0	1.8-2.0
Rockwell-hårdhet	120 R	80 M	NA	NA	NA
Mekanisk
Draghållfasthet (MPa)	72	62	66	65	64
Töjning vid utmatning (%)	23	35	10	10	9
Böjmodul (GPa)	2.9	2.5	2.55	2.55	NA
Böjhållfasthet (MPa)	NA	87	NA	87	NA
Formsprutning
Torkningstemperatur (°C)	80-100	NA	80-100	80-100	120-140
Torkningstid (timmar)	2-4	NA	3	3-4	3-4
Smälttemperatur (°C)	215	200	205	180-210	190-210
Formtemperatur (°C)	80-100	80	90	60-80	85

I tabellen ovan presenteras de POM-handelsnamn som nämns ovan tillsammans med deras egenskaper. Homopolymer Delrin® 100 har den högsta draghållfastheten på grund av en högre grad av kristallinitet i polymeren. POM kännetecknas av mycket god drag- och böjhållfasthet men av en hög krympningshastighet. Beroende på applikationskraven kan vissa POM-kvaliteter innehålla fyllmedel för att förbättra hållfastheten, korrosions- eller UV-beständigheten.

Fördelar med formsprutning av POM

Acetal har hög prestanda med önskvärda tekniska egenskaper. Materialet erbjuder hög utmattnings- och kryphållfasthet när det utsätts för påfrestningar. Hög mekanisk hållfasthet gör det optimalt för olika precisionskrävande sektorer, som flyg- och fordonsindustrin. Låg friktion gör att POM har en mycket låg förslitningsnivå under lång tid. Dessutom rostar/korroderar inte acetal och kan även arbeta vid höga temperaturer.

Utmattningshållfasthet

Formsprutade delar i acetal har goda prestandaegenskaper när de utsätts för repetitiva belastningscykler. Det är mest lämpligt i situationer där belastningen är konstant, t.ex. kugghjul. Således ger homopolymer POM bättre utmattningshållfasthet än sampolymerer gör. Dessa speciella egenskaper gör det möjligt att få långsiktig tillförlitlighet under förhållanden med hög stress. Utmattningshållfastheten gör POM lämplig för användning i applikationer där mekaniska delar är önskvärda.

Motstånd mot krypning

POM-gjutna delar uppvisar dimensionell stabilitet när de utsätts för mekaniska belastningar på lång sikt. Den har en mycket låg tendens att genomgå permanent deformation, även när den utsätts för konstant stress. Denna egenskap gör POM lämpligt för användning i lastbärande applikationer. Materialets avsaknad av krypning gör det också idealiskt för strukturella tillämpningar. Detta är ett mycket tillförlitligt område för POM:s prestanda under tryck.

Hög hållfasthet

Formsprutade delar i POM ger de bästa drag- och böjningsegenskaperna. Materialet ger den styvhet som krävs i högpresterande mekaniska delar. Homopolymerversioner av POM visar ännu större styrka jämfört med sampolymererna. Några vanliga användningsområden är transportörer och säkerhetsrelaterade komponenter. POM:s mekaniska egenskaper är ganska mångsidiga och möjliggör olika tillämpningar.

Låg friktion

POM:s låga friktion minskar slitaget på de glidande delarna. Materialet är väl lämpat för användning i områden där det förekommer små variationer i rörelserna. Det kräver minimalt underhåll på grund av sin naturliga tendens att minska friktionen: POM:s förmåga att motstå nötning gör att formdelarna håller ganska länge. Därför används den ofta där låg friktion är en nödvändighet.

Livsmedelssäkerhet

Avancerat POM-material i livsmedelsklass uppfyller säkerhetsstandarderna för produkter som kommer i kontakt med livsmedel. POM kan också användas av tillverkare av maskiner och utrustning för livsmedelsbearbetning. Det har uppfyllt FDA, USDA och alla lagstadgade och reglerande krav på strikt säkerhet. På grund av sin icke-toxicitet är POM väl lämpad att använda i dessa sektorer. acetal formsprutningsdel används ofta i livsmedelsbearbetningsutrustning för sin tillförlitlighet och pålitlighet.

Dimensionell stabilitet

Formsprutade produkter av acetal har exakta mått när de har svalnat efter gjutningsprocessen. Under gjutningen är krympningshastigheten relativt hög men efteråt förblir den nästan enhetlig. Dimensionsstabilitet är viktigt inom sektorer som fordons- och elektronikindustrin. Formsprutade delar av POM förblir formstabila under mekanisk belastning och tryck. Denna egenskap är en förutsättning för precisionskomponenter.

Motståndskraft mot korrosion

POM är relativt immun mot de flesta kemiska ämnen som t.ex. bränslen och lösningsmedel. Det används bäst på platser som kan komma i kontakt med kemikalier. Till exempel cylindriska lagringstankar. Materialet påverkas dock av starka syror och baser. POM står emot kemiska angrepp väl och är därför rätt material för användning inom vätskehantering. Det har också en god och stabil kemisk beständighet samt lång livslängd under tuffa förhållanden.

Värmebeständighet

POM tål att användas i områden med höga temperaturer, upp till 105°C. Homopolymerer tål högre värmepåslag än vad sampolymerer gör. Den avsedda egenskapen är avgörande för de komponenter som utsätts för varierande temperaturförhållanden. Denna egenskap gör POM lämplig för användning inom industrin på grund av dess tolerans mot höga temperaturer. Rätt val av material innebär en förmåga att motstå termiska klimat. Till plast för höga temperaturer pgae för att få veta mer om material för höga temperaturer.

Viktiga överväganden vid design av POM-formsprutning

Formsprutning av acetal föredrar att använda formar av rostfritt stål. Det material som används har en korrosiv effekt. Därför måste de formar som används vara starka och motståndskraftiga. Hög krympning kräver en skarp formdesign för att uppnå exakta delar. POM används i stor utsträckning i fordons-, industri- och medicinska delar. Så gjutning måste göras på rätt sätt och i det här fallet kommer det att säkerställa att graden av precision och kvalitetsutgång kommer att bli hög. Det är viktigt att ta hänsyn till vissa funktioner när man designar för POM-formsprutning.

Väggtjockleken bör ligga inom intervallet 0,030 och 0,125 tum. Genom att hålla tjockleksvariationen till ett minimum är det möjligt att uppnå en enhetlig tjocklek på detaljen. Hanteringen av toleranser är avgörande eftersom företagets krympningshastighet är hög, och detta är uppenbart i fallet med POM. Radier bör minimeras, särskilt i de områden som utsätts för maximal påfrestning. Utkastvinklar på mellan 0,5 och 1 grad är idealiska eftersom utkastet blir jämnt.

Väggens tjocklek

Väggens tjocklek har en direkt inverkan på kvaliteten på formsprutade POM-delar. Tjockare sektioner kan också göra att detaljen vrider sig eller krymper på ett eller annat sätt, vilket kanske inte är önskvärt. På så sätt förbättras den övergripande strukturen och man bibehåller en jämn tjocklek. Men även om det är svårt att få extremt tunna väggar måste det ske inom vissa gränser. Väggtjockleken spelar en viktig roll i strukturella tillämpningar och om den är väl utförd hjälper den på ett tillförlitligt sätt till att motstå höga tryck.

Toleranser

POM uppvisar hög krympning, vilket kan bli en utmaning när man arbetar med POM-gjutdelar som måste ligga inom snäva toleranser. I synnerhet tjockare väggar har visat sig öka sannolikheten för toleransavvikelser. Att designa för att säkerställa lika mått är ingen dålig idé eftersom det säkerställer att måtten är konsekventa. Det finns alltid ett sätt att gjuta på rätt sätt och detta skulle säkerställa att toleranserna ligger inom de acceptabla gränserna. Problem som beror på dimensionsförändringar hanteras väl genom planering och kontroll.

Radie

Radier i detaljdesignen bidrar till att minimera spänningskoncentrationen vid användning av detaljen. Skarpa hörn är alltid ett problem eftersom de är de punkter som kan göra en struktur mindre hållbar. Genom att inkludera radier minimeras dessa högspänningsområden och därmed ökar detaljens livslängd. Radierna måste vara lika med eller större än 0,25 gånger rörväggens nominella tjocklek. Mindre radier minskar spänningen, men större radier, upp till 75%, ger bättre spänningsfördelning.

Dragvinkel

Det är möjligt att uppnå hög utskjutning av POM-detaljer med minimala dragvinklar. POM har låg friktion och kan dessutom ha dragvinklar på 0,5 grader. För delar som kugghjul kan det tänkas att nollutkast inte är nödvändigt för att uppfylla konstruktionsspecifikationerna. Utkast hjälper till att undvika svårigheten att separera delar från formar med minimal eller ingen skada. Bra utkastdesign möjliggör effektiv produktion och bättre kvalitet på den del som ska produceras.

Utmaningar vid bearbetning av POM-material

Vad är det som gör POM svårbearbetat? Jo, vissa bestämningsfaktorer avgör dess optimala funktion. Eftersom POM har en liten eller låg tolerans mot höga termiska förhållanden. Flera faktorer tas i beaktande av formoperatörer under formsprutning. Sådana faktorer är värmekontroll, fuktnivå, gjutningsparametrar och krympning. Dessa element är viktiga för att uppnå framgångsrik produktion av högkvalitativa POM-gjutformsdelar.

Värme

En av de mest kritiska aspekterna som måste hanteras vid formsprutning av POM är värme. När materialet upphettas till en temperatur högre än 210°C genomgår det termisk nedbrytning. Denna nedbrytning leder till att det bildas biprodukter som är frätande och som i slutändan påverkar formsprutningen. Formtemperaturen bör ligga mellan 60-100°C för bästa resultat. Vidare är de korta värmecyklerna också fördelaktiga eftersom de inte stressar materialet för mycket. Med temperaturökningen bör den åtföljas av en minskning av uppehållstiden för att uppnå kvalitet.

Fukt

Fuktabsorptionen hos POM är ganska låg och ligger mellan 0,2 och 0,5%. Det rekommenderas dock att POM-hartset torkas före bearbetning för att få bästa resultat. Torktiden är normalt mellan 3 och 4 timmar, beroende på POM-kvalitet. Detta är viktigt för att fuktnivåerna ska vara låga under gjutningen och därmed minska risken för defekter. Genom noggranna förberedelser undviks problem med fukt under injektionerna.

Parametrar för gjutning

Rätt gjutningsparameter måste bibehållas för formsprutning av POM. Det framgångsrika injektionstrycket som identifierats är mellan 70 och 120 MPa för att säkerställa god repeterbarhet av experimentet. En medelhög till hög insprutningshastighet är också önskvärd för att uppnå en smidig produktion av delen. Kontroll av gjutna delar kräver korrekt parameterkontroll för att säkerställa att de gjutna delarna uppfyller specifika specifikationer. Genom att noggrant följa dessa parametrar är det möjligt att förbättra kvaliteten på slutprodukten.

Krympning

Krympning är ett vanligt problem med POM-material, inklusive Delrin®. Krympningshastigheten ligger vanligtvis mellan 2 och 3,5 procent under cykelns kylningsfas. Den största delen av krympningen sker när detaljen fortfarande är i formen och resten sker efter utsprutningen. Icke-förstärkt homopolymer POM uppvisar större krympning än sampolymera material. Dessa krympningshastigheter måste beaktas vid formkonstruktionen för att uppfylla de önskade dimensionerna.

Nackdelar med Acetal formsprutning

Även om acetalgjutning erbjuder flera fördelar. Det har också sina begränsningar och nackdelar. Dessutom kommer acetalformar med många utmaningar. Dessa begränsningar måste beaktas noggrant under gjutningsprocessen för att företag ska uppnå slutanvändningsprodukter av god kvalitet.

Dålig väderbeständighet

Acetal är mycket sårbart för nedbrytning. Normalt i situationer när det utsätts för ultraviolett ljus eller UV-ljus. Detta beror på att konstant exponering för dem kan orsaka stora färgskiftningar och så småningom påverka deras prestanda. UV försämrar det estetiska värdet och försvagar materialet fysiskt. Dessutom avlägsnar UV-strålning polymerernas struktur. Därför måste stabilisatorer användas för att förbättra acetals motståndskraft mot väder och vind. Dessa stabilisatorer kanske inte förhindrar nedbrytningen helt under långa perioder utomhus, vilket hindrar användningen av acetal för utomhusbruk.

Skörhet

I fast tillstånd är Acetal mycket motståndskraftigt och har hög styvhet, men under speciella omständigheter kan det gå sönder. Temperatur Låg temperatur påverkar acetals materialegenskaper och gör det benäget att spricka eller gå sönder vid stötar. Denna sprödhet är dock en nackdel i alla applikationer där hög slaghållfasthet är önskvärd, särskilt vid låga temperaturer. Det finns betydande utmaningar i att utforma produkter som är gjutna av acetal så att de kan uthärda chock utan att spricka.

När det gäller effekterna av acetalgjutningsprocessen på delarnas mekaniska egenskaper bör man ta hänsyn till vissa faktorer.

Design av formsprutningsverktyg för Acetal

När man utformar en applikation med acetalmaterial är det viktigt att gjutformen blir rätt eftersom den avgör slutproduktens kvalitet och stabilitet. Här är några viktiga riktlinjer för design att följa:

• Löpare Diameter: Kanaldiametern föreslås vara mellan 3 och 6 mm för att materialet ska kunna flöda lätt under injektionen.
• Gate Längd: Helst bör grindlängden vara cirka 0,5 mm för att ge korrekt reglering av materialets genomströmning. Det förbättrar formens enhetlighet så att inga defekter bildas när formen fylls med materialet.
• Rund grinddiameter: Detta bör vara mellan en halv och sex gånger tjockleken på den del som gjuts. Genom att dimensionera portarna korrekt elimineras fall som korta skott och svetslinjer.
• Rektangulär grindbredd: Bredden på de rektangulära portarna måste vara minst dubbelt så stor som produktens tjocklek. Detta bör helst vara cirka 0,6 gånger väggtjockleken när det gäller den strukturella förstärkningen av fartyget.
• Dragvinkel: En formvinkel på 40 till 1 30 föreslås för enkel borttagning av den gjutna delen utan någon nötning på ytan.

Förtorkande Acetal-material

Även om acetaldelen har ett högt fuktabsorptionsvärde föreslås att den förtorkas innan formsprutning av hartset. Förtorkning minskar också förekomsten av någon form av fukt som är destruktiv, t.ex. bildandet av hålrum eller bubblor. Torkningsprocessen bör ske vid en temperatur på 80-100°C och bör ta 2-4 timmar. Korrekt torkning är lika viktigt eftersom det hjälper till att bibehålla olika egenskaper hos materialen förutom att underlätta munstycksfri gjutning.

Temperaturkontroll för Acetal-gjutning

När det gäller formsprutning av acetal är det mycket viktigt att bibehålla både fukt- och smälttemperatur för förbättrade resultat. Formtemperaturen bör hållas mellan 75 och 120 grader Celsius och smälttemperaturen mellan 190 och 230 grader Celsius (374 respektive 446 Fahrenheit). Parametrar som exakt temperaturreglering hanterar också problem som distorsion, krympning eller till och med dålig ytfinish. Noggrann reglering av termiska förhållanden hjälper till att kyla jämnt och minimerar därför spänningar när slutproduktens dimensionella egenskaper förbättras.

Insprutningstryck

Varje material kräver ett specifikt insprutningstryck som måste uppnås för att ge den specifika detaljkvaliteten. Tryckintervallet ligger i intervallet 40-130 MPa beroende på smältflödet för acetal och tjockleken och storleken på löparporten och detaljen. När trycket är lågt kan formen fyllas på ett otillräckligt sätt, och om trycket är högt är det troligt att det uppstår flammor eller andra defekter. Det optimala trycket är viktigt för att skapa en lämplig formning av detaljen och för att utesluta defekter.

Formsprutningshastighet

Injektionshastigheten är också en annan som i hög grad påverkar processen för acetalgjutning. Beroende på pölbildning varierar formsprutningshastigheten från måttlig till snabb för att undvika defektbildning när formen fylls. Vid långsam hastighet ses flödesmärken eller ytfel på ytan. Å andra sidan kan hög hastighet leda till vad som kallas jetting eller överhettning av skjuvning, vilket är dåligt för styrkan och ytfinishen hos de flesta delar. Genom modifiering av injektionshastigheten kan man kunna eliminera formningsdefekterna samt förbättra gjutningsproduktiviteten.

Dessa överväganden gör det möjligt för tillverkare att förbättra effektiviteten hos sina formsprutade delar i acetal genom att kontrollera parametrar och uppkomna problem. För att på bästa sätt utnyttja de positiva egenskaperna hos acetal och samtidigt undvika dess nackdelar måste vissa aspekter av formkonstruktion, materialhantering samt processen finjusteras.

Slutsats

Acetal eller polyoximetylen är en typ av formsprutad halvkristallin termoplast. Detta material används ofta i mekaniska delar som bussningar, lager, kugghjul och kedjehjul.

Jämfört med metaller och andra plaster har acetal en låg friktionskoefficient och hög styvhet. Dessa egenskaper förbättrar avsevärt dess slitageegenskaper, och de resulterande produkterna är därför långlivade.

Sammantaget gör dessa egenskaper acetal till ett materialval för många tekniska tillämpningar. Korrekt bearbetning och design av utrustningen förbättrar deras effektivitet och hållbarhet i olika branscher.

Att införa acetal i produktionsprocesser kan leda till högre effektivitet och lägre frekvens av underhåll av mekanisk utrustning.