Proces de turnare prin injecție pentru materiale plastice transparente

◆Caracteristicile materialelor plastice transparente tipice

Materiale plastice transparente și proprietățile lor de turnare prin injecție

 

Odată cu progresele continue în cercetarea și dezvoltarea materialelor, un număr tot mai mare de materiale optice sunt potrivite pentru fabricarea de produse transparente. Luând lentile optice, utilizate pe scară largă în produsele optice cu cerințe de înaltă calitate și tehnologie complexă de turnare prin injecție, ca exemplu, așa cum se arată în figură, materialul de turnare prin injecție pentru lentilele din plastic obișnuit este adesea ales pentru costul scăzut, eficiența ridicată a producției, stabilitatea puternică și transmisia ridicată. În comparație cu materiile prime din plastic pentru lentilele din plastic obișnuite, cerințele pentru materialele de turnare prin injecție pentru lentilele din plastic pentru imagini optice sunt și mai stricte. Nu numai că materia primă din plastic trebuie să aibă caracteristici precum transparență ridicată, proprietăți mecanice bune, stabilitate puternică și fluiditate bună, dar selecția materialului trebuie să se bazeze și pe caracteristici specifice de performanță, cum ar fi indicele de refracție.

Materialele de turnare prin injecție utilizate în mod obișnuit pentru imagistica lentilelor din plastic optice includ metacrilatul de polimetil (PMMA), policarbonatul (PC) și polimerii olefinici ciclici (COP). Printre acestea, PMMA cu-transparență ridicată este utilizat pe scară largă în turnarea prin injecție a lentilelor din plastic. PMMA este utilizat nu numai la fabricarea de lentile din plastic cu diametru mare{-de precizie medie-până la{-scăzută, cum ar fi lentile condensatoare, lentile Fresnel, lentile de proiecție și lentile pentru faruri pentru automobile, ci și lentile din plastic de-înaltă precizie, cum ar fi lentile de imprimantă laser, lentile pentru telefoane mobile, lentile de citire pentru telefoane mobile/DVD. PMMA posedă rezistență și duritate ridicate, precum și proprietăți optice, cum ar fi numărul Abbe mare și birefringență scăzută. Cu toate acestea, PMMA prezintă încă câteva provocări ca materie primă din plastic pentru lentile optice. De exemplu, în condiții umede, absorbția de apă a PMMA provoacă modificări ale indicelui de refracție al lentilei din plastic, ducând la extinderea volumului și modificări ale dimensiunilor structurale generale. În plus, temperatura de tranziție sticloasă a PMMA este de 100 de grade, iar rezistența la căldură a lentilelor din plastic este relativ slabă, ceea ce limitează în mod semnificativ domeniul de aplicare a PMMA.

 

Policarbonatul (PC) este un material optic utilizat în mod obișnuit, utilizat pe scară largă în lentilele farurilor auto, lentilele cu difuzie-fazului și alte lentile optice. PC-ul posedă o transparență ridicată, rezistență la căldură, rezistență ridicată și un indice de refracție ridicat și este considerat unul dintre materialele plastice cu cea mai bună rezistență la impact. Cu toate acestea, lentilele pentru PC au încă dezavantaje semnificative. De exemplu, coeficientul fotoelastic al lentilelor PC este de câteva ori mai mare decât cel al PMMA, rezultând un efect de birefringență pronunțat care afectează grav calitatea imaginii optice a lentilei din plastic. În plus, materialul PC are o rată de contracție mare, ceea ce face ca lentilele din plastic să fie foarte susceptibile la deformare, cu un grad mai mare de deformare decât PMMA.

 

Polimerii olefinici ciclici (COP) sunt polimeri cu degete inelare sintetizați folosind olefine ciclice ca monomeri. COP-urile posedă o transparență ridicată, higroscopicitate scăzută, birefringență scăzută și procesabilitate bună. În plus, COP-urile prezintă o stabilitate excelentă a mediului, rămânând structural neschimbat chiar și atunci când absorb umiditatea și sunt utilizate frecvent ca înlocuitor pentru PMMA în materiale plastice. Cu toate acestea, COP-urile sunt extrem de scumpe, costând aproximativ de zece ori mai mult decât PMMA. Utilizarea COP-urilor ca material de turnare prin injecție crește semnificativ costul de producție al lentilelor din plastic.

În general, lentilele din PC prezintă birefringență semnificativă, ceea ce face dificilă garantarea calității imaginii. COP și PMMA oferă avantaje de neegalat în ceea ce privește proprietățile mecanice și stabilitatea structurală. Totuși, COP este extrem de costisitor, crescând costurile de producție și încălcând principiile economice. PMMA, pe de altă parte, este relativ ieftin și are o aprovizionare mare pe piață, ceea ce îl face potrivit pentru fabricarea de lentile din plastic optice pentru imagini cu costuri reduse-,-înaltă eficiență. În plus, proprietățile de curgere a topiturii PMMA pot fi îmbunătățite prin modificarea parametrilor procesului de turnare prin injecție, permițând replicarea precisă a morfologiei suprafeței matriței de injecție.

Tehnologie de turnare prin injecție pentru materiale plastice transparente

 

Deoarecemateriale plastice transparentenecesită o transmisie ridicată a luminii, calitatea suprafeței produselor din plastic trebuie strict controlată. Defecte precum pete, pori, albire, ceață, pete negre, decolorare și luciu slab sunt inacceptabile. Prin urmare, întregul proces de turnare prin injecție necesită o atenție meticuloasă și cerințe stricte, chiar specializate, pentru materii prime, echipamente, matrițe și chiar proiectarea produsului.

În al doilea rând, datorită punctului de topire ridicat și fluidității slabe a materialelor plastice transparente, ajustările fine ale parametrilor procesului, cum ar fi temperatura mașinii, presiunea de injecție și viteza de injecție sunt adesea necesare pentru a asigura calitatea suprafeței. Acest lucru asigură umplerea completă a matriței fără a genera solicitări interne care ar putea duce la deformarea și crăparea produsului. Următoarea secțiune analizează considerentele cheie privind pregătirea materiilor prime, cerințele de echipamente și matrițe, procesele de turnare prin injecție și manipularea materiilor prime.

Puncte tehnice cheie înainte de turnarea prin injecție

Pregătirea și uscarea materiei prime

Deoarece chiar și cea mai mică impuritate din plastic poate afecta transparența produsului, este esențial să mențineți o etanșare etanșă în timpul depozitării, transportului și hrănirii pentru a vă asigura că materiile prime sunt complet curate. În special, prezența umidității în materiile prime poate provoca deteriorarea la încălzire, astfel încât uscarea temeinică este esențială. În timpul turnării prin injecție, pentru alimentare trebuie utilizat un buncăr de uscare. De asemenea, este important de menționat că aerul introdus în timpul procesului de uscare ar trebui în mod ideal să fie filtrat și dezumidificat pentru a preveni contaminarea materiilor prime.

Curățarea butoiului, șurubului și accesoriilor

 

Pentru a preveni contaminarea materiilor prime și acumularea de material vechi sau impurități în șurub și accesoriile acestuia, trebuie acordată o atenție deosebită prevenirii reținerii materialului vechi cu stabilitate termică slabă. Înainte și după utilizare, mașina de turnat prin injecție trebuie curățată temeinic cu un agent de curățare a șuruburilor pentru a se asigura că toate componentele de injecție sunt lipsite de impurități. Dacă nu este disponibil un agent de curățare a șuruburilor, se pot folosi materiale plastice PE sau PS pentru curățarea șurubului. În timpul opririlor temporare, pentru a preveni degradarea cauzată de expunerea prelungită a materiei prime la temperaturi ridicate, temperaturile uscătorului și butoiului trebuie scăzute. Dacă se produc PC, PMMA sau alte materiale plastice, temperatura butoiului ar trebui să fie redusă la sub 160 de grade. În plus, atunci când utilizați PC-ul ca materie primă, temperatura de uscare a buncărului trebuie redusă la sub 100 de grade.

Aspecte de luat în considerare în proiectarea matriței (inclusiv proiectarea produsului)

Pentru a preveni turnarea defectuoasă a plasticului, defectele suprafeței și deteriorarea cauzată de refluența slabă sau de răcirea neuniformă, următoarele puncte ar trebui, în general, să fie luate în considerare în timpul proiectării matriței.

Probleme de luat în considerare în procesele de turnare prin injecție (inclusiv cerințele pentru mașina de turnare prin injecție)

Alte probleme

 

Pentru a preveni deteriorarea calității suprafeței, agenții de îndepărtare a mucegaiului trebuie utilizați cu moderație în timpul turnării prin injecție; cantitatea de material reciclat nu trebuie să depășească 20%. Cu excepția PET, toate produsele ar trebui să fie supuse unui post-tratament pentru a elimina stresul intern. PMMA trebuie uscat în circulație de aer cald la 70-80 de grade timp de 4 ore; PC-ul trebuie încălzit în aer curat, glicerină, parafină lichidă etc., la 110–135 de grade pentru un timp în funcție de produs, uneori necesitând mai mult de 10 ore. PET-ul trebuie să fie supus unui proces de întindere biaxială pentru a obține proprietăți mecanice bune.