Hőre lágyuló hab fröccsöntés (TSG)
A hőre lágyuló hab fröccsöntés (röviden TSG) egy speciális folyamat a fröccsöntés területén, amelyet hosszú évtizedek óta használnak. Az eljárás során a hőre lágyuló anyagot hagyják habzani az üregben, habosítószert adva az ömledékhez a fröccsöntőgépben. Az üreg kezdetben részben kitöltve van annak érdekében, hogy a műanyag megkapja a szükséges teret a habzás során bekövetkező tágulásához.
A hőre lágyuló hab fröccsöntés alapelve
A fröccsöntés során hajtóanyagokat használnak a mosogatónyomok elkerülésére, vastag falú alakzatok előállítására és/vagy súlymegtakarításra. Ezek a habzó hőre lágyuló műanyagok fő előnyei.
A TSG komponensek előnyei:
- Súly csökkentés
- alacsonyabb késleltetési hajlam
- megnövekedett merevség a súlyhoz viszonyítva
- kevesebb vagy nincsenek mosogatónyomok
- Az áramlási út hosszának meghosszabbítása
A TSG folyamat előnyei
- alacsonyabb szorítóerő szükséges
- rövidebb ciklusidők (a falvastagságtól függően)
- csökkent olvadékviszkozitás
- kisebb vagy nincs hangsúly
- alacsonyabb olvadási és penészhőmérséklet
A kívánt eredmények eléréséhez elegendő a hajtóanyagot viszonylag kis mennyiségben hozzáadni a műanyag granulátumhoz. A hajtóanyag és a granulátum arányát az anyag színezéséhez szükséges festékmennyiséghez hasonlóan kell beállítani.
A hajtóanyag hozzáadása után hőbomlik és feloldódik gáz halmazállapotú komponensekre. Ez a folyamat az olvadék habosodását okozza. Az optimális habosító hatás elérése érdekében a habosítószernek a lehető legkésőbb kell működnie, miután hozzáadták az olvadékhoz. Ez biztosítja, hogy a fröccsöntött részek felületeit egyáltalán ne károsítsák, vagy csak elhanyagolható mértékben a habzás hatásai.
A formába történő befecskendezéskor az injektálási nyomás hőre lágyuló hab fröccsöntésben a csavaros előtérben legfeljebb 2000 bar. Ha azonban a szerszám jól szellőzik, akkor magában a szerszámban, vagyis az áramlási fronton a nyomásviszonyok szinte hasonlóak a szerszám körüli területen mértekhez. Ezután az áramlási fronton gázbuborékok keletkeznek, amelyek az áramlás irányába tágulnak, miközben az olvadék gördülő mozgását végrehajtja. Ez ezüst csíkokhoz vezet a munkadarab felületén, amelyek nagyjából az áramlási út vége felé vannak igazítva.
Két eljárás a hőre lágyuló műanyagok habosítására fröccsöntésben
A habosító anyagok hőre lágyuló hab fröccsöntéshez
Hőre lágyuló hab fröccsöntéses műanyagok habosításához kizárólag kémiai vagy kizárólag fizikai habosítószereket, vagy vegyi és fizikai habosítószerek keverékét alkalmazzák. Az alkalmazott habosítószerek kereskedelemben kaphatók por vagy mesterkeverékek formájában.
Vegyi habosítószerek
A nátrium-hidrogén-karbonát és a citromsavszármazékok a leggyakrabban használt kémiai habosító szerek a hőre lágyuló hab fröccsöntés során.
A kémiai habosító szerek a hőre lágyuló anyag megolvadásával bomlanak. A hajtóanyagok olyan gázokat szabadítanak fel, mint szén-dioxid vagy nitrogén. Ezek a gázok keverednek az olvadékkal. Ugyanakkor a kémiai reakció szilárd bomlási maradékokat hoz létre. A habosítószertől függően ezek a maradékok negatívan befolyásolhatják a folyamat eredményét. Az ilyen nemkívánatos eredmények elkerülése érdekében a hajtóanyagokat felhasználásuk előtt az eljárással összeegyeztethető módon kell kiválasztani.
A formába történő befecskendezés során a gázt hő és nyomás hatásának teszik ki, így az kitágul. Ha az olvadékhoz adott adalékokat a lehető leghomogénebben szeretné elosztani az anyagban, akkor speciálisan erre az esetre tervezett csavarokat kell használni. Ezeket a speciális csavarokat szokásos hengerekben lehet használni.
Fizikai hajtóanyagok
A fizikai habosítószerek hatásmódja abban különbözik a vegyi habosító szerektől, hogy bomlási reakció nem megy végbe. Ezért fizikai habosítószerek alkalmazásakor nincsenek olyan bomlási maradványok, amelyek kémiai habosítószerek alkalmazásakor keletkeznének.
Hőre lágyuló hab fröccsöntésnél fizikai habosítószerekkel a polimer olvadékot közvetett módon töltjük fel fúvó gáz hozzáadásával. A töltéshez gázmérő állomást használnak. Teljesítményük a polimerben oldandó gáz mennyiségétől függ.
Fizikai TSG a MuCell folyamat szerint
A MuCell-eljárás szerinti hab-fröccsöntésnél az inert gázok egyikét, nitrogént vagy szén-dioxidot adjuk a hőre lágyuló polimer olvadékhoz, hogy azután az olvadékhengerben egyfázisú oldattá alakítsuk. Amikor ezt az egyfázisú oldatot befecskendezik a fröccsöntő formába, a keverékre gyakorolt nyomás csökken. Ez a nyomásesés oda vezet, hogy a munkadarab magjában lévő nagyobb gázbuborékok és nagy mennyiségű apró sejtek keletkeznek az anyagban. A folyamat előrehaladtával ezek a kis gázbuborékok kitágulnak - a hőre lágyuló műanyag habzik és megszilárdul. A kapott gázzal töltött cellák meghatározott mennyiségű műanyagot helyettesítenek, ami csökkenti az anyag sűrűségét.
Vázlatos folyamatáramlás a MuCell folyamatban
A MuCell (a Cellmould) TSG rendszer technológiája tartalmaz egy gázadagoló egységet a hajtóanyag szállításához, a hajtóanyag tároló tartályait (CO2 vagy N2), olyan gázinjektorokat, amelyek a hajtóanyagot a fröccsöntő gépbe juttatják, és egy speciális csavart dinamikus keverővel a habosítószert összekeverjük a hőre lágyuló olvadékkal. A következő ábra bemutatja a MuCell rendszer felépítését.
MuCell rendszer kiépítése
Fizikai TSG a ProFoam módszer szerint
Egy közös kutatási projekt részeként az Arburg és az IKV kidolgozták a fizikai hőre lágyuló hab fröccsöntés terhelési elvét. Ezen ProFoam eljárás szerint a műanyagot habosító atmoszféra alá helyezik, még szilárd állapotban, az anyagtartály és a képlékenyítő egység közé nyomókamra reteszelésével. A műanyag diffúziós és keverési folyamatokon keresztül a nyomókamra zárában lévő hajtóanyag-folyadékkal van betöltve.
ProFoam rendszer kiépítése
A hőre lágyuló hab fröccsöntéshez használt ProFoam eljárásnak előnyei vannak mind az üzemméret, mind a folyamattervezés szempontjából. A nitrogén és szén-dioxid olvadékba juttatásának korábban ismert eljárásaival ellentétben a ProFoam eljárás csak kisebb műszaki módosításokat igényel. Ez a speciális hajtóanyag-töltési módszer csökkenti az anyag viszkozitását. Ezért a folyamat csak egy szabványos csavar használatát igényli, és lehetővé teszi a nyírásra érzékeny műanyagok feldolgozását is.