CZ27475U1 - Geometrie vtoků pro polymery citlivé na smykové namáhání - Google Patents

Description

Geometrie vtoků pro polymery citlivé na smykové namáhám

Oblast techniky

Předkládané technické řešení se týká konstrukce vtokového systému a zohledňuje tokové vlastnosti polymerů tak, aby bylo dosaženo ideálních podmínek při plnění.

Dosavadní stav techniky

Vtok a rozváděči kanály spolu tvoří tzv. vtokovou soustavu, ve které materiál teče z plastifikační komory vstřikovacího stroje do dutiny formy a zajišťuje tak rozvedení taveniny do požadovaných míst. Dutinu formy a vtok spojuje tzv. vtokové ústí, které má zpravidla nejmenší průřez, ale není to pravidlem. Studený vtokový systém je po vyhození z formy odpad, který lze v některých případech recyklovat a znovu využít při výrobě. V klasické technologii vstřikování má dutina formy tvar budoucího výrobku zvětšeném o smrštění vstřikovaného materiálu. Obecně by vtokový systém měl co nejméně negativně ovlivnit rozváděný materiál a zároveň by měl co nejméně prodražit výrobu, resp. objem vtokové soustavy by měl být co nejmenší. U studených vtokových soustav, dále jen VS, dochází k zamrzání plastu během procesu vstřikování a po ukončení jsou spolu s dílem vyhozeny z formy. Správně navržený VS zamrzá jako poslední. Svoji funkci tak plní, dokud není díl kompletně zatuhlý nebo dokud nedošlo k zatuhnutí ústí vtoku, které je nejmenší částí. Příliš naddimenzovaná VS prodražuje výrobu a může zvýšit požadavky na rozměry nástroje, uzavírací sílu, intenzitu chlazení nástroje, dobu dotlaku nebo zhoršit výslednou kvalitu výrobku.

Existuje mnoho variant vtoků, které se v principu liší svojí použitelností na určitý tvar dílu, způsobem odformování a použitelností pro daný materiál. Jde o vtoky, které jsou obecně známé a nejsou nijak průmyslově chráněny.

Standardně používané studené vtoky

- Kuželový

- Bodový vtok

- Tunelový - typ A, B (řeší problematiku smykového namáhám), C, rozšířený

- Banánový - kruhový, rozšířený

- Filmový - s rozváděcím kanálem, s variabilní tl. stěny, s bočním plněním

- Štěrbinový - přímý, přeplátovaný, s vrubem

- Talířový

- Prstencový

Případné modifikace vtoků se dějí na úrovni změny jejich rozměrů nebo úpravě tvarové kontury a zabývají se tím především velcí výrobci polymerních granulátů (Dupont, Ticona, Bayer, BASF, Sabic, Dow, Borealis), kteří doporučují rozměry a typy vtoků pro své materiály a výrobci normativů pro vstřikovací formy (i-mold, exaflow, DME, Hasco, Incoe, Synvetive, Masterflow). Rozměry vtoku ovlivňují reologické podmínky vstřikovaného materiálu a konečný E modul již zatuhlého polymeru, ten je důležitý při odformování některých tvarů vtoků. Většina dnešních inovací vtokových systému je pro konkrétní materiál a konkrétní reologické podmínky (smyková rychlost, teplota, viskozita materiálu). Takto byl v minulosti inovován tunelový vtok, kdy pouze posunutím geometrie kužele vznikl slepý prostor, ve kterém neproudí tavenina a tento prostor po ztuhnutí plní funkci isolační vrstvy v těsné blízkosti ústí vtoku. Jsou tak zlepšeny podmínky při tečení materiálu v kritické části vtoku na základě obecně známých fyzikálně-chemických principů. Firma Borealis vyvinula tvar vtoku odstraňující tzv. tygr efekt u polypropylenu, což je vzhledová vada se střídavými pruhy tmavého a světlého odstínu. Firma Beaumont Technologies, inc. se zabývá balancováním vtokových systému (kromě jiného) a vyvinula systém MeltFlipper®, který řeší vliv třecího tepla na povrchu vtokového kanálu při tečení taveniny, vznikajícího vlivem velkých rychlostí a nízkých teplot. Tento jev se vyskytuje u rozvětvených vtokových soustav, kdy vývin tepla při plnění a rozdělení kanálu způsobí nesymetrickou distribuci tepla

-1 CZ 27475 Ul uvnitř kanálu. To ovlivňuje rovnoměrnost plnění dutin i u jinak přirozeně vybalancovaných vtokových systémů. Existuje značné množství různých úprav forem pro vytvoření ideálních podmínek při plnění (především z USA), např. temperované ústí vtoku, pomocí šoupěte variabilně řízená velikost ústí vtoku, aplikace topných patron ve vtokovém systému, míchací spirály před vstupem taveniny do vtokového systému, atd.

Inovace (modifikace) vtokových systému jsou nutné především pri nestandardních podmínkách plnění, u materiálů vyžadujících speciální zacházení např. vlivem jejich tepelné degradace, náchylnosti k turbulentnímu proudění, citlivosti na smykové namáhání a jejich další aplikací u průmyslových výrobků s požadavkem na tvarovou stálost, dobré optické vlastnosti, jakost povrchu, neutrální zápach, atd. To v dnešní, kdy přichází stále více výrobců s novými materiály na trh a kvalitativní požadavky na průmyslové výrobky se zvyšují, nabývá stále více na významu.

Podstata technického řešení

Technické řešení spočívá v modifikaci filmového a talířového vtoku (obdoba filmového vtoku pro plnění kruhových výrobků), která zvyšuje jejich užitné vlastnosti a umožňuje je aplikovat i v podmínkách kdy by při použití standardního vtoku mohlo docházet ke vzhledovým vadám finálního produktu. Podstatou obou předkládaných technických řešení je dosáhnout ideálních tokových podmínek v oblasti ústí vtoku, vycházejíce z obecně známých Teologických zákonů pro nenewtonské kapaliny (nelineárně viskózní látky) s využitím u materiálů náchylných na smykové namáhání. Modifikace spočívá v úpravě nejtenčí části filmového resp. talířového vtoku, která je u těchto vtoků z důvodu snazšího odlomení od dílu. Třebaže je filmový i talířový vtok oproti jiným vtokům dostatečně dimenzovaný, může v extrémních případech dojít k výraznému smykovému namáhání materiálu právě v této zúžené oblasti vtoku, ve které dále dochází, k rychlejšímu tuhnutí taveniny a zmenšování aktivního průřezu ústí vtoku. To má za následek zkrácení doby, kdy lze kompenzovat objemové kontrakce materiálu v dutině formy. Také často po odlomení obou vtoků zůstává zbytek vtoku na díle a je nutné dodatečné začištění.

Přehled obrázků na výkresech

Geometrie vtoků je uvedena na přiložených výkresech. Obr. 1 znázorňuje vtok ze dvou základních pohledů, isometrického pohledu, řez s pozicemi jednotlivých částí úpravy (pro lepší orientaci v textu) a samotnou geometrii bez části filmového vtoku v bokorysu a isometrickém pohledu. Obr. 2. znázorňuje zaformování velkého oblouku l_a s vrubem 3_a a dutinou formy 4_a. Obr. 3 znázorňuje zaformování malého oblouku 2_a. Obr. 4 znázorňuje geometrii vtoku ze dvou základních pohledů, isometrického pohledu a řez s pozicemi jednotlivých částí úpravy s indexem b.

Příklady provedení technického řešení

Geometrie obou vtoků se vyznačuje zakřivenou konstrukcí s dvěma naproti sobě obrácenými oblouky, které lze snadno vyrobit kuličkovou frézou nebo elektroerozivním obráběním. Tvar ústí vtoku je pak totožný s filmovým resp. talířovým vtokem a umožňuje porovnání obou variant. Podstatou celé úpravy je zkrácení zúžené části vtoku na hodnotu limitně se blížící nule a vytvoření dostatečné tepelné isolace taveniny těsně před ústím vtoku. Nedochází tak ke zvyšování viskozity materiálu v důsledku poklesu teploty taveniny a tím je smykové namáhání materiálu relativně nízké. Běžnou aplikací takového vtoku jsou materiály citlivé na smykové namáhání s požadavkem na co nejmenší ústí vtoku (malá vzhledová stopa po vtoku). Smykové namáhání pri tečení taveniny vzniká vlivem zamrzání taveniny na povrchu formy a tzv. fontánového toku aje největší v povrchové vrstvě. Vysoké smykové napětí na povrchu může způsobit vady viditelné pouhým okem (rýhy, pruhy, změna odlesku, atd.). Vlivem tepelné isolace zamrzá ústí vtoku později a doba vyrovnávání objemové kontrakce materiálu tak může být delší. Ideálním příkladem takové aplikace může být vstřikování materiálu POM, což je vysoce citlivý materiál na smykové namáhání (max. 0,4 MPa) a zároveň vykazuje velké smrštění (kolem 2 %).

-2CZ 27475 Ul

První největší oblouk zalamuje tok taveniny tak, aby tavenina netekla přímo do dutiny formy, ale nejprve do druhého menšího oblouku, umístěném těsně před dutinou formy. První velký oblou (drážka) l_ah tak usměrňuje taveninu a zároveň vytváří vrub v místě ústí vtoku. Druhý velký oblouk (drážka) Za.b vtoku umožňuje zachycení tzv. studeného čela taveniny, po zamrznutí povr5 chové vrstvy tepelně isoluje ústí vtoku a po zatuhnutí taveniny má vyztužující účinek usnadňují lámání vtoku od dílu. Vrub 3^ zkracuje zúženou část vtoku na minimum, v zúžené části vtoku obecně dochází k největšímu namáhání taveniny smykovými a normálovými silami. Vrub 3^ ie zaoblen, aby nedocházelo k nárůstu smykové rychlosti a smykového napětí v důsledku ostrých tvarových přechodů. K namáhání taveniny dochází nejkratší možnou dobu. Vrub 3^ napomáhá io lámání vtoku. Každý z oblouků je zaformovaný v jiné polovině formy, velký i malý oblouk může být zaformovaný jak na pohyblivé straně formy tak i na pevné.

Průmyslová využitelnost

Vtoky lze využít v technologii vstřikování při vstřikování materiálů citlivých na smykové namáhání (např. HDPE, LDPE, PVC, POM, PC/ABS, PC, materiály s retardéry hoření) s požadavkem na snadné odlomení vtoku od výrobku a zároveň malou stopou po vtoku. Nebo tam kde je nutná delší doba dotlaku než u standardního filmového resp. talířového vtoku se stejnou velikostí ústí vtoku. Jednou z výhod geometrie je relativně malá hydraulická ztráta ve vtokovém systému a snadná výroba.

Claims (2)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   20 1. Geometrie filmového vtoku u vstřikovací formy, pro materiály citlivé na smykové namáhání, vyznačující se tím, že je tvořena velkým půlkruhovým obloukem (1 a) vytvářejícím v oblasti ústí vtoku vrub (3a) s rádiusem a malým půlkruhovým obloukem (2a), přičemž oba oblouky (la) a (2a) jsou vůči sobě převráceny a vzájemně vyoseny, s tím, že rovinu převrácení tvoří dělící rovina vtoku ve vstřikovací formě, a přičemž dále následuje rozšířená část fil25 mového vtoku.
2. 2. Geometrie talířového vtoku u vstřikovací formy, pro materiály citlivé na smykové namáhám, vyznačující se tím, že je tvořena velkým půlkruhovým obloukem (lb) vytvářejícím v oblasti ústí vtoku vrub (3b) s rádiusem a malým půlkruhovým obloukem (2b), přičemž oba oblouky (lb a 2b) jsou vůči sobě převráceny a vzájemně vyoseny s tím, že rovinu převrácení

   30 tvoří dělící rovina vtoku ve vstřikovací formě, a přičemž dále následuje kruhová část talířového vtoku.