Vstřikování plastů

Vstřikování plastů
plasty, formy, proces
Evropský sociální fond
Praha a EU – Investujeme do vaší budoucnosti
© SPŠ Praha 10, Na Třebešíně 2299
Evropský sociální fond
Praha a EU – Investujeme do vaší budoucnosti
2
OBSAH
PLASTY
1.
2.
3.
4.
Historie plastů
Dělení plastů
Plasty pro vstřikovací lisy
Výrobky z plastů (obr.)
4
5
6
7
VSTŘIKOVACÍ FORMY
1.
2.
3.
4.
Materiály vstřikovací formy
Konstrukce formy
Vtoková soustava
Vyhazovače
8
8
9
10
PROCES VSTŘIKOVÁNÍ PLASTŮ
1. Tvářecí proces
2. Pracovní cyklus
11
12
Evropský sociální fond
Praha a EU – Investujeme do vaší budoucnosti
3
PLASTY
Plasty označují řadu syntetických nebo polosyntetických polymerních materiálů. Do
plastů se přidávají další látky ke zlepšení užitných vlastností. Jedná se především o látky,
které zvyšují životnost plastů (odolnost proti stárnutí), dále pak o látky, které plastům
dodávají větší houževnatost nebo pružnost. Vše záleží na finální podobě daného výrobku a
jeho využití. Plasty můžeme formovat do předmětů, filmů nebo vláken. Samotný název
„plast“ je odvozen od slova plasticita, tedy možnosti tvarovaní do trvalé podoby. Plasty se
vyznačují velkou variabilitou vlastností. Mimo jiné tepelnou odolností, tvrdostí či pružností.
Mezi jejich výhody patří nízká hustota, chemická odolnost, jednotnost složení a struktury a
dobrá zpracovatelnost energeticky málo náročnými technologiemi vhodnými pro masovou
výrobu (lisování, vstřikování, vyfukování, lití apod.). Nevýhodou je velká dilatace při
změnách teploty. Plasty mohou též negativně působit na životní prostředí a na lidský
organismus.
Z různých plastů se dále vyrábí slitiny - tzv. polymerní směsi. Využívají se v
automobilovém průmyslu (přístrojové desky, součásti interiérů, nárazníky, disky), ve
výpočetní a sdělovací technice (kryty mobilních telefonů), v elektronice nebo v
elektrotechnice (zástrčky, vypínače). Dá se říci, že uplatnění plastů je tak široké, že se s nimi
setkáváme v každodenním životě téměř na každém kroku.
1. Historie plastů
Roku 1862 proběhla v Londýně průmyslová výstava, kde byla představena velmi zajímavá
nová hmota, „látka tvrdá jako rohovina, ale ohebná jako kůže, která mohla být odlévána nebo
lisována, barvena a řezána…“
Její vynálezce, Angličan, Alexander Parkes za ni na výstavě obdržel bronzovou medaili. Toto
dílo stvořené ze směsi chloroformu a ricinového oleje, dostalo jméno parkesin. V roce 1866
zakládá Parkes Xylonite Company. On sám ani netušil, že svým parkesinem založil rodinu
nespočetných nových hmot netušených vlastností, hmot oblíbených konstruktéry a
nenáviděných ekology, které dnes říkáme plasty.
Povzbuzen úspěchem svého parkesinu, „přivedl” Parkes postupně na svět další plasty, ale
kromě celuloidu - na jehož vynález obdržel patent - neměly velký komerční úspěch. Celuloid
vznikl jako sloučenina nitrocelulózy s kafrem jako rozpouštědlem. Parkes později výrobní
proces rozpracoval pro průmyslovou výrobu ve velkém.
Od roku 1869 se o rozšíření celuloidu zasloužil také Američan John Wesley Hyatt. Používal
se na kulečníkové koule (místo rohoviny), vložky do límečků, pravítka, ping-pongové míčky,
k výrobě ozdobných předmětů a hlavně filmů.
Dalším plastem, který dobil svět, byl bakelit. Podstatou výše uvedených plastů byly velké
molekuly celulózy. Leo Hendrik Baekeland, původem Belgičan, chemik, vědec a vynálezce,
začal používat nový druh velkých molekul.
Evropský sociální fond
Praha a EU – Investujeme do vaší budoucnosti
4
Peníze na to získal ze svého prvního vynálezu z roku 1899 (fotografického papíru „Velox”),
který prodal společnosti Eastman Kodak za tři čtvrtě miliónu dolarů.
Vybudoval laboratoř a začal vyvíjet nehořlavou dráhu pro bowling, který se v té době stal v
New Yorku velkým hitem.
Dr. Baekeland brzy zjistil, že fenolová pryskyřice, kterou používal, může mít daleko širší
použití, pokud bude používaná jako přísada. Tak vznikla – reakcí mezi fenolem a
formaldehydem - první umělá pryskyřice - bakelit. Baekeland si tuto umělou hmotu nechal v
roce 1909 patentovat. O rok později založil firmu Bakelite Corporation.
Pryskyřice mohla být zpracovávána tvářením nebo odléváním. V prvém případě se
ohřála, až se rozlila do tenké vrstvy. Po ztuhnutí se rozdrtila. Pak se přidalo plnivo a barvivo.
Tato směs se s horkými válci rozválcovala do desek, které se pak rozemlely na jemný prášek.
Teprve ten se pod vysokým tlakem a při vysoké teplotě tvářel ve formě do potřebného tvaru.
Nevelká úprava předpisu umožňovala odlévání pryskyřice do olověných forem, které se
vkládaly do pece, kde se pryskyřice vytvrdila.
Je až těžko uvěřitelné, že z tak nevzhledných materiálů lze vyrobit vzhlednou, revoluční
plastickou hmotu, materiál „tisíců možností použití” – hlásaly tehdejší deníky.
Jako nehořlavý materiál a dobrý izolant se bakelit nejprve používal na izolátory v
elektrotechnice a v automobilovém průmyslu, později se rychle rozšířil do ostatních odvětví,
zejména po vypršení doby platnosti patentu v roce 1927. Celé generace zažily tuto explozi,
počínaje bakelitovým telefonem a rozhlasovým přijímačem, přes bakelitové vypínače,
zásuvky a zástrčky až k bakelitovým klikám od dveří a oken. Mnozí ještě dnes na něj nedají
dopustit, neboť jeho vlastnosti byly pro mnohé aplikace zcela postačující a hlavně byl levný.
To se bohužel (pro spotřebitele) o mnoha jeho nástupcích říci nedá.
Sláva bakelitu začala pomalu ustupovat po 2. světové válce, když se objevily další plastické
hmoty, které se nechaly odlévat stříkáním (podobně jako celuloid, řadí se tyto hmoty mezi
tzv. termoplasty, na rozdíl od bakelitu, který patří mezi tzv. reaktoplasty). Během několika
desítek let z velké části ovládly trh. Zejména bez jednoho z nich - polystyrenu - si už dnes ani
život nedovedeme představit (v některých případech bohužel), hračkami počínaje, výpočetní
technikou a novými technologiemi konče.
2. Dělení plastů

Podle způsobu jak je získáváme
o Přírodní (například celulosa)
o Syntetické

Dle použitého monomeru
o vinylové plasty
o polyethylen (PE)
o polypropylen (PP)
o polyvinylchlorid (PVC)
o polystyren (PS)
o polymethylmethakrylát (PMMA)
o polyamidy (PA)
Evropský sociální fond
Praha a EU – Investujeme do vaší budoucnosti
5
o
o
o
o
o
o
o
polyestery (PES)
polyethylentereftalát (PET)
polyuretany
fenoplasty
aminoplasty
polysiloxany (silikony)
fluoroplasty (např. Teflon)

Podle typu polymerizace
o řetězová polymerizace
o stupňovitá polymerizace

Podle zpracovatelnosti po ohřátí
o termoplasty – po ohřátí na vysokou teplotu a ochlazení jsou znovu zpracovatelné
o reaktoplasty (dříve termosety) – po ohřátí je již nelze zpracovat

Podle dopadu na životní prostředí
o plně syntetické – nelze je přirozeně rozložit – zatím většina plastů
o polosyntetické (bioplasty) – vznikají modifikací přírodních polymerů, např.
celulózy (nitrocelulóza, acetát celulózy, viskóza)
o speciální skupiny jako např.:
 plasty se zkrácenou životností
 woodplastic
Je nutno dodat, že plasty můžeme dělit z mnoha různých hledisek do různých skupin.
Uvedené dělení je tedy jen zlomkem možností.
3. Plasty pro vstřikovací lisy
Plasty pro vstřikovací lisy jsou dodávány nejčastěji ve formě granulátu, regranulátu
(recyklovaný plast) nebo drti. Některé plasty vlhnou (absorbují
do sebe vodu z okolního vzduchu), proto je nutné granulát před
vlastním zpracováním sušit (lze pouze do určité míry).
granulát
sušení granulátu horkým vzduchem
Evropský sociální fond
Praha a EU – Investujeme do vaší budoucnosti
6

Polyethylen (PE) – nejrozšířenější plast na světě
o smrštitelné folie, roury, ozubená kola, ložiska, textilní vlákna, hračky,
sáčky (mikroten) a elektrotechnická izolace

Polypropylen (PP)
o obaly, izolace, lana

Polyethylentereftalát (PET)
o lahve, obaly, látky

Polyamidy (PA)
o kordy pneumatik, dopravní pásy, brzdové obložení, ochranné oděvy

Polystyren (PS)
o jednorázové nádobí, stavebniny, obaly, přepravky

Polymethylmethakrylát (PMMA) – plexisklo
o kryty přístrojů, skla hodinek, zubní protézy
Výše uvedené plasty představují skupinu běžně používaných materiálů. Pro vstřikovací lisy se
používá celá řada dalších druhů granulátu. Celé odvětví se neustále vyvíjí a tak se na trhu
objevují další produkty.
4. Výrobky z plastů
Evropský sociální fond
Praha a EU – Investujeme do vaší budoucnosti
7
VSTŘIKOVACÍ FORMY PRO PLASTY
Forma je nástroj, který se upíná na vstřikovací stroj. V průběhu vstřikovacího cyklu je
naplněna roztaveným plastem. Po zchladnutí je zhotoven výrobek s požadovaným tvarem a
funkčními vlastnostmi. Dutiny forem jsou vyráběny na moderních CNC strojích. Dříve
používané třískové obrábění na frézkách je nahrazováno elektroerozivním obráběním. Touto
metodou lze obrábět i kalené materiály bez nutnosti dalších dokončovacích úprav obrobeného
povrchu formy.
1. Materiály vstřikovací formy

Ocelové formy jsou náročné na výrobu a strojní vybavení příslušné velikosti se
zaručenou tuhostí. Lze je obrábět jak klasickými konvenčními metodami – frézování,
soustružení, tak metodami elektroerozivního obrábění – vyjiskřování a drátové řezání
zejména v těch částech formy, které tvarují pohledové plochy výlisku a záleží na kvalitě a
estetičnosti povrchu. Při vyjiskřování je potřeba použít mnoho elektrod pro výrobu tvarů.
Nevýhodou ocelové formy je vysoká výrobní cena, nesporná výhoda je trvanlivost
nástroje a menší riziko poškození.

Dural a certal jsou vhodné materiály pro výrobu forem pro jejich dobrou
obrobitelnost. Velkou nevýhodou použití tohoto materiálu je snadné poškození tvaru
formy při manipulaci i při vlastním procesu lisování.
2. Konstrukce formy
Konstrukce plastových výrobků i forem probíhá na vývojových a konstrukčních
pracovištích vybavených nejmodernějšími CAD/CAM systémy pro počítačovou podporu
konstruování a obrábění na CNC strojích.
Plochy uvnitř dutin forem pro vstřikování plastických hmot jsou propojeny
přechodovými rádiusy, které mají zajistit hladké obtékání vstřikované hmoty a zabránit
vzniku staženin v místech nestejnoměrného chladnutí plastu. Při konstrukci dutiny formy je
třeba vzít v úvahu smrštivost vstřikovaného plastu a dutinu vyrobit větší. Boční plochy dutiny
jsou zkoseny pod úhlem cca 3° pro snadnější vyjmutí výstřiku z formy. Pro zvýšení
produktivity a efektivnosti metody vstřikování jsou formy vyráběny vícenásobné (na jeden
pracovní cyklus stroje vyrobíme více plastových součástí najednou). Tím zároveň dosáhneme
snížení procenta odpadu, což je obzvlášť důležité při zpracování reaktoplastů. Odpad
Evropský sociální fond
Praha a EU – Investujeme do vaší budoucnosti
8
termoplastů se po recyklaci dá znovu zpracovávat. Po vyjmutí výlisku z formy následuje
ostřižení, které oddělí požadované výrobky od vtokové soustavy. Vtoková soustava je odpad.

Forma 2D
Je nejvíce používaný typ formy pro výrobu výlisků, pro které postačuje otevření formy
pouze v jednom směru
 Forma 3D
Je typ formy pro výrobu složitých a tvarově komplikovaných výlisků.
3. Vtoková soustava
Plast roztavený v plastikační jednotce proudí tryskou do vtokové soustavy vstřikovací
formy, kterou tvoří systém vtokových kanálů různého tvaru. Tyto kanály vedou k jedné nebo
více dutinám formy, které mají být naplněny taveninou. Rozdíly v uspořádání vtokové
soustavy jsou dány konstrukcí formy.
 Studené vtokové systémy
o nejrozšířenější způsob
Vyhřívaná tryska
 Vyhřívané vtokové systémy
o zkracují výrobní proces, snižují spotřebu plastu, vyšší
pořizovací cena
Evropský sociální fond
Praha a EU – Investujeme do vaší budoucnosti
9
Schéma soustavy vtokové soustavy
1. Rozváděcí kanály
2. Hlavní kanál
3. Vtokový kužel
Uspořádání vtoku – obvyklé varianty
Průřez vtoků
Průřezy B,D,F,H – náročnější na výrobu
4. Vyhazovače
Vyhazovací systémy forem slouží k
vyhození výlisků a svojí funkcí by měly
zajišťovat převážně automatický výrobní
cyklus. Dopředný pohyb slouží k vyhození.
Zpětný pohyb je zajišťován pomocí
vracecích kolíků (případně v kombinaci s
pružinou). Plochy vyhazovacích prvků a
jejich rozmístění na vyhazovaném dílu musí
být voleny tak, aby nezpůsobovaly deformace dílů.
Evropský sociální fond
Praha a EU – Investujeme do vaší budoucnosti
10
PROCES VSTŘIKOVÁNÍ PLASTŮ
1. Tvářecí proces
Plast se v podobě granulí nasype do násypky, z níž je odebírán pracovní částí
vstřikovacího stroje (šnekem, pístem), která hmotu dopravuje do tavící komory, kde za
současného účinku tření a tepla z topných elementů stroje plast taje a vzniká tavenina.
Tavenina je následně vstříknuta do dutiny formy, kterou zcela zaplní. Jelikož plast při
chladnutí vlivem smrštění zmenší svůj objem, následuje tlaková fáze, která zajistí doplnění
materiálu a tím kompenzuje její úbytek. Plast se ve formě ochlazuje odvodem tepla přes stěny
formy, až do ochlazení a ztuhnutí. Ve finální části má výrobek již manipulační pevnost.
Potom se forma otevře a výrobek je vyhozen. Následně se celý cyklus se opakuje.
Schéma vstřikovacího stroje
vyhazovače
topení
forma
granulát
vtok
Schéma vstřikovací jednotky
Evropský sociální fond
Praha a EU – Investujeme do vaší budoucnosti
11
2. Pracovní cyklus vstřikovacího stroje
 Plastikace
o forma se zavírá, šnek se vrací, otáčí, plastikuje roztavenou hmotu a
dopravuje ji k trysce
 Vstřik
o vstřikovací jednotka se přitiskne k formě, šnek se přestane otáčet,
posune se dopředu jako píst a vstříkne taveninu do formy
 Ukončení vstřiku
o po dokončení vstřiku a ztuhnutí vtoku se vstřikovací jednotka vzdálí od
formy, šnek se otáčí a vrací zpět a plastikuje další dávku hmoty
.
 Otevření formy
o po úplném ztuhnutí celého výstřiku se forma otevře a vyhazovače
výstřik samočinně vyhodí
Evropský sociální fond
Praha a EU – Investujeme do vaší budoucnosti
12
Evropský sociální fond
Praha a EU – Investujeme do vaší budoucnosti
13
Evropský sociální fond
Praha a EU – Investujeme do vaší budoucnosti
14