Turnare prin injecție de spumă termoplastică (TSG)

Turnarea prin injecție cu spumă termoplastică (TSG pe scurt) este un proces special în domeniul turnării prin injecție care a fost utilizat de mai multe decenii. În acest proces, materialul termoplastic este lăsat să se spumeze în cavitate prin adăugarea unui agent de suflare la topitură în mașina de turnare prin injecție. Cavitatea este inițial umplută parțial pentru a oferi plasticului spațiul necesar expansiunii sale, care are loc în timpul spumării.

Principiul de bază al turnării prin injecție cu spumă termoplastică

În turnarea prin injecție, propulsorii sunt utilizați pentru a evita urmele de chiuvetă, pentru a produce forme cu pereți groși și/sau pentru a economisi greutate. Acestea sunt principalele avantaje ale spumării termoplastice.

Avantajele componentelor TSG:

Reducerea greutății
susceptibilitate mai mică la întârziere
rigiditate crescută în raport cu greutatea
mai puține sau deloc semne de chiuvetă
Extinderea lungimii traseului de curgere

Avantajele procesului TSG

este necesară o forță de prindere mai mică
timpi de ciclu mai scurți (în funcție de grosimea peretelui)
vâscozitate redusă a topiturii
mai puțin sau deloc accent
temperatura de topire și de mucegai mai scăzută

Pentru a obține rezultatele dorite, este suficient să se adauge propulsorul la granulatul de plastic în cantități relativ mici. Raportul dintre propulsor și granulat ar trebui să fie stabilit în mod similar cu cantitatea de culori necesare pentru colorarea materialului.

După adăugarea propulsorului, acesta este descompus termic și dizolvat în componente gazoase. Acest proces determină spumarea topiturii. Pentru a obține efectul optim de spumare, agentul de suflare ar trebui să acționeze cât mai târziu posibil după ce a fost adăugat la topitură. Acest lucru asigură că suprafețele pieselor turnate nu sunt afectate deloc sau doar neglijabil de efectele spumării.

La injectarea într-o matriță, presiunea de injecție în turnarea prin injecție cu spumă termoplastică în anticamera cu șurub este de până la 2000 de bari. Cu toate acestea, dacă scula este bine ventilată, condițiile de presiune din sculă în sine, adică pe partea de curgere, sunt aproape similare cu cele măsurate în zona din jurul sculei. Bulele de gaz apar apoi în fața fluxului, care se extind în direcția fluxului în timp ce topitura își execută mișcarea de rulare. Acest lucru duce la dungi de argint pe suprafața piesei de prelucrat, care sunt aproximativ aliniate spre capătul căii de curgere.

Două procese pentru spumarea termoplastelor în turnare prin injecție

Propulsorii pentru turnare prin injecție de spumă termoplastică

Pentru spumarea materialelor plastice în turnarea prin injecție a spumei termoplastice, se utilizează agenți de suflare exclusiv chimici sau exclusiv fizici sau un amestec de agenți de suflare chimici și fizici. Agenții de suflare utilizați sunt disponibili comercial sub formă de pulbere sau masterbatch.

Agenți chimici de suflare

Hidrocarbonatul de sodiu și derivații acidului citric sunt unii dintre cei mai frecvent utilizați agenți de suflare chimici în turnarea prin injecție cu spumă termoplastică.

Agenții chimici de suflare se descompun pe măsură ce materialul termoplastic se topește. Propulsorii eliberează gaze precum dioxidul de carbon sau azotul. Aceste gaze se amestecă cu topitura. În același timp, reacția chimică creează reziduuri solide de descompunere. În funcție de agentul de suflare, aceste reziduuri pot avea un impact negativ asupra rezultatului procesului. Pentru a evita astfel de rezultate nedorite, propulsorii trebuie selectați într-o manieră compatibilă cu procesul înainte de a fi utilizați.

În timpul procesului de injecție în matriță, gazul este expus la influența căldurii și a presiunii, astfel încât să se extindă. Dacă doriți să distribuiți aditivii adăugați la topit cât mai omogen posibil în material, este necesară utilizarea șuruburilor special concepute pentru acest caz. De obicei este posibil să utilizați aceste șuruburi speciale în cilindri standard.

Propelenți fizici

Modul de acțiune al agenților de suflare fizici diferă de cel al agenților de suflare chimici prin faptul că nu are loc nicio reacție de descompunere. Prin urmare, atunci când se utilizează agenți de suflare fizici, nu există reziduuri de descompunere care apar atunci când se utilizează agenți de suflare chimici.

În turnarea prin injecție cu spumă termoplastică cu agenți de suflare fizici, topirea polimerului este încărcată indirect prin adăugarea de gaz de suflare. Pentru încărcare se folosește o stație de măsurare a gazului. Performanța lor depinde de cantitatea de gaz care trebuie dizolvată în polimer.

TSG fizic conform procesului MuCell

În turnarea prin injecție cu spumă conform procesului MuCell, unul dintre gazele inerte azot sau dioxid de carbon este adăugat la topitura de plastic termoplastic pentru a se amesteca apoi în cilindrul topit pentru a forma o soluție monofazată. Când această soluție monofazată este injectată în matrița de injecție, presiunea exercitată asupra amestecului scade. Această scădere a presiunii duce la faptul că bulele de gaz mai mari conținute în piesa de prelucrat se nuclează și se creează cantități mari de celule mici în material. Pe măsură ce procesul progresează, aceste mici bule de gaz se extind - materialul termoplastic se spumează și se solidifică. Celulele rezultate, umplute cu gaz, înlocuiesc un volum definit de plastic, care reduce densitatea materialului.

Flux de proces schematic în procesul MuCell

Tehnologia sistemului MuCell (și Cellmould) TSG include o unitate de dozare a gazului pentru livrarea combustibilului, rezervoare de stocare a combustibilului (CO2 sau N2), injectoare de gaz care aduc combustibilul în mașina de turnare prin injecție și un șurub special cu un mixer dinamic pentru amestecând agentul de suflare în topitura termoplastică. Următorul grafic arată structura unui sistem MuCell.

Construirea unui sistem MuCell

TSG fizic conform metodei ProFoam

Ca parte a unui proiect comun de cercetare, Arburg și IKV au dezvoltat un principiu de încărcare pentru turnarea prin injecție a spumei termoplastice fizice. Conform acestui proces ProFoam, plasticul este plasat sub o atmosferă de agent de suflare în timp ce este încă în stare solidă, prin instalarea unui dispozitiv de blocare a camerei de presiune între buncărul de material și unitatea de plastifiere. Plasticul este încărcat cu fluidul propulsor în blocarea camerei de presiune prin procese de difuzie și amestecare.

Construirea unui sistem ProFoam

Procesul ProFoam pentru turnare prin injecție de spumă termoplastică are avantaje atât pentru ingineria instalațiilor, cât și pentru ingineria proceselor. Spre deosebire de procesele cunoscute anterior pentru introducerea azotului și dioxidului de carbon în topitură, procesul ProFoam necesită doar modificări tehnice minore. Această metodă specială de încărcare a combustibilului reduce vâscozitatea materialului. Prin urmare, procesul necesită doar utilizarea unui șurub standard și permite, de asemenea, prelucrarea materialelor plastice sensibile la forfecare.