Laboratoryjne stanowiska do wytłaczania oraz wtrysku kształtek do badań

Stanowiska badawcze do przygotowania materiału i wtrysku próbek

Laboratoryjne stanowiska do wytłaczania oraz wtrysku kształtek do badań SiTech3D są przeznaczone do projektów, w których samo wykonanie próbki nie opisuje całego procesu badawczego. Materiał może wymagać wcześniejszego uplastycznienia, wymieszania, homogenizacji lub innego kontrolowanego przygotowania, a dopiero następnie uformowania w postaci próbki badawczej.

Stanowisko łączy kolejne etapy pracy laboratoryjnej: przygotowanie materiału w części wytłaczarkowej, kontrolowany transfer do cylindra wtryskowego oraz wykonanie próbki w układzie MIM. Pozwala to analizować nie tylko właściwości otrzymanej kształtki, lecz również wpływ wcześniejszej historii przetwórczej materiału na wynik badania.

Takie rozwiązanie jest szczególnie przydatne przy nowych formulacjach, materiałach kosztownych, kompozytach, recyklatach, mieszaninach z dodatkami funkcjonalnymi oraz tworzywach opracowywanych w małej skali. Ograniczenie operacji pośrednich ułatwia kontrolowanie sposobu przygotowania materiału i powiązanie właściwości próbki z warunkami procesu.

• Przygotowanie materiału – uplastycznianie, mieszanie, homogenizacja oraz kontrola warunków przetwarzania przed wtryskiem.
• Kontrolowany transfer materiału – napełnianie termostatowanego cylindra wtryskowego przez dedykowany adapter, ze stabilizacją cylindra podczas transferu.
• Formowanie próbki – wykonanie kształtki przy kontrolowanej temperaturze oraz programowanym przebiegu cyklu wtrysku, zależnie od wybranej konfiguracji MIM.

Jak dobrać sposób przygotowania próbki badawczej?

Dobór stanowiska powinien wynikać z materiału, celu badania oraz informacji, które mają zostać uzyskane z eksperymentu. Jeżeli materiał jest już przygotowany do formowania, wystarczającym rozwiązaniem może być samodzielna wtryskarka laboratoryjna. Jeżeli natomiast sposób przygotowania materiału jest jedną ze zmiennych badanego procesu, potrzebny jest dodatkowy etap prowadzony w kontrolowanym układzie wytłaczarkowym.

Rozdzielenie tych ścieżek jest istotne, ponieważ bezpośrednie przejście od przygotowania materiału do wykonania próbki oraz proces obejmujący granulację i ponowne uplastycznienie prowadzą do różnych historii przetwórczych. W pracach R&D wybór sposobu przygotowania próbki powinien być świadomym elementem metody badawczej.

Kontrolowany transfer do cylindra wtryskowego

Kluczowym elementem stanowiska SiTech3D jest sposób przekazywania uplastycznionego materiału z części wytłaczarkowej do cylindra wtryskowego. Do wytłaczarki mocowany jest dedykowany adapter, w którym podczas napełniania umieszczany jest termostatowany cylinder wtryskowy.

W czasie napełniania cylinder jest dociskany do układu transferowego za pomocą siłownika pneumatycznego. Zapewnia to stabilne położenie cylindra względem adaptera podczas przepływu materiału pod ciśnieniem. Stop wprowadzany z wytłaczarki wypełnia cylinder i przemieszcza znajdujący się w nim tłok.

Kontrola częściowego napełnienia cylindra

W badaniach laboratoryjnych nie zawsze wykorzystuje się pełną pojemność cylindra. Mniejsza ilość materiału może być wystarczająca dla danej geometrii próbki albo wynikać z ograniczonej dostępności nowej lub kosztownej formulacji.

Podczas napełniania położenie tłoka jest obserwowane względem liniału oraz nastawnego wskaźnika docelowego położenia. Umożliwia to ustalenie punktu odniesienia odpowiadającego wymaganej części pojemności cylindra i ułatwia odtwarzanie podobnego geometrycznego stopnia napełnienia w kolejnych cyklach.

Zależność pomiędzy przemieszczeniem tłoka a geometryczną objętością wynika z jego czynnej powierzchni. Dzięki temu położenie tłoka może być wykorzystywane jako praktyczne odniesienie podczas przygotowywania określonej ilości materiału do kolejnego etapu wtrysku.

Próbka jako wynik historii przetwórczej materiału

Właściwości próbki polimerowej zależą nie tylko od parametrów końcowego etapu wtrysku. Stan materiału przed wypełnieniem formy może zależeć między innymi od temperatury, czasu przebywania, poziomu ścinania, sposobu mieszania składników, odgazowania oraz liczby kolejnych etapów uplastyczniania.

Ma to szczególne znaczenie przy nowych formulacjach, kompozytach, recyklatach oraz materiałach zawierających dodatki lub napełniacze. Warunki przygotowania mogą wpływać na stopień homogenizacji, dyspersję składników, właściwości reologiczne i przebieg degradacji termomechanicznej. W kompozytach włóknistych znaczenie może mieć również wpływ procesu na długość i rozkład włókien.

Stanowisko łączące wytłaczanie i wtrysk pozwala prowadzić przygotowanie materiału, jego transfer oraz wykonanie próbki jako kolejne, zdefiniowane etapy jednego eksperymentu.

Dobór części wytłaczarkowej

Część wytłaczarkową dobiera się do operacji, które mają zostać wykonane na materiale przed uformowaniem próbki. Układ jednoślimakowy może być odpowiedni przy kontrolowanym uplastycznianiu, transporcie materiału oraz zadaniach mieszania realizowanych przez odpowiednią geometrię ślimaka. Układ dwuślimakowy daje szersze możliwości konfigurowania procesu przy wieloskładnikowych formulacjach, dozowaniu dodatków, pracy z napełniaczami, intensywnym mieszaniu lub odgazowaniu.

Dobór średnicy, długości układu, geometrii ślimaków, elementów mieszających oraz wyposażenia pomiarowego jest oddzielnym zagadnieniem procesowym. Szerszy zakres rozwiązań przedstawiono w kategorii laboratoryjnych linii z wytłaczarkami jedno- i dwuślimakowymi.

Dobór części wtryskowej MIM

Część wtryskową dobiera się do wymaganej geometrycznej objętości wtrysku, geometrii próbki oraz oczekiwanego sposobu sterowania przebiegiem procesu. W stanowiskach mogą być stosowane różne konfiguracje rodziny MIM.

Podane wartości określają maksymalne geometryczne objętości wtrysku. Rzeczywisty cykl może wykorzystywać mniejszą objętość, zależnie od skoku tłoka, geometrii układu oraz wymaganej kształtki.

Szczegółowe informacje o architekturze części wtryskowej znajdują się w kategoriach laboratoryjnych wtryskarek elektrycznych oraz laboratoryjnych wtryskarek pneumatycznych.

Dane procesowe i odtwarzanie warunków eksperymentu

Porównywanie kolejnych formulacji lub wariantów procesu wymaga nie tylko wykonania próbek o tej samej geometrii, lecz również możliwie jednoznacznego określenia warunków, w których materiał został przygotowany i uformowany.

W zależności od konfiguracji stanowiska mogą być wykorzystywane receptury procesu, rejestracja parametrów części wytłaczarkowej, układu cieplnego i części wtryskowej oraz komunikacja pomiędzy modułami stanowiska. Platforma może obejmować sterowanie PLC, Ethernet oraz integrację danych z wykorzystaniem OPC UA, zgodnie z zakresem zastosowanych urządzeń i projektu automatyki.

Zakres dostępnych pomiarów jest dobierany do celu programu badawczego. Dzięki temu stanowisko może służyć nie tylko do wykonywania próbek, ale także do porównywania wpływu zdefiniowanych parametrów przygotowania materiału i wtrysku na otrzymane wyniki.

Formy i kształtki badawcze

Część wtryskowa może współpracować z laboratoryjnymi formami wyposażonymi w wymienne wkładki. Pozwala to przygotowywać różne geometrie próbek, płytki, kształtki aplikacyjne oraz elementy przeznaczone do dalszych badań materiałowych.

Geometria próbki jest tylko jednym z elementów procedury badawczej. Na wynik wpływają również warunki jej przygotowania, właściwości materiału, przebieg procesu, kondycjonowanie oraz późniejsza metoda badania. Dlatego zastosowanie określonej wkładki formującej nie oznacza automatycznie zgodności całego badania z daną normą.

Rys. 1. Przykładowe wymienne wkładki do laboratoryjnych form wtryskowych.

Przykładowe stanowisko SiTech3D

Konkretną realizacją opisanej architektury jest stanowisko do wytłaczania i wtrysku kształtek do badań. Karta produktu przedstawia konfigurację części wytłaczarkowej i wtryskowej, układ transferu materiału, formy, automatykę oraz wyposażenie konkretnego stanowiska.

FAQ

Kiedy potrzebna jest część wytłaczarkowa przed wtryskiem?

Gdy sposób przygotowania materiału jest częścią badanego procesu. Dotyczy to między innymi nowych formulacji, kompozytów, materiałów z dodatkami, recyklatów oraz aplikacji wymagających kontrolowanego mieszania lub uplastycznienia przed wykonaniem próbki.

Dlaczego cylinder wtryskowy jest napełniany bezpośrednio z wytłaczarki?

Pozwala to prowadzić przygotowanie materiału, transfer oraz wykonanie próbki jako kolejne etapy jednego procesu badawczego. Uplastyczniony materiał trafia z części wytłaczarkowej do termostatowanego cylindra wtryskowego bez konieczności wcześniejszego wykonania granulatu jako oddzielnego produktu pośredniego.

Czy trzeba zawsze napełniać cały cylinder wtryskowy?

Nie. Możliwa jest praca przy częściowym napełnieniu. Położenie tłoka obserwowane względem liniału i nastawnego wskaźnika stanowi odniesienie dla wymaganego stopnia napełnienia i ułatwia jego odtwarzanie w kolejnych próbach.

Czy stanowisko musi wykorzystywać wytłaczarkę dwuślimakową?

Nie. Typ części wytłaczarkowej zależy od materiału i wymaganych operacji procesowych. Układ jednoślimakowy może realizować uplastycznianie, transport i określone zadania mieszania, natomiast układ dwuślimakowy daje szersze możliwości konfiguracji przy wieloskładnikowych formulacjach, dozowaniu dodatków, pracy z napełniaczami lub odgazowaniu.

Czy stanowisko może być skonfigurowane do konkretnego programu badawczego?

Tak. Część wytłaczarkowa, układ MIM, forma, pomiary i automatyka mogą być dobierane do materiału, wymaganej próbki oraz celu eksperymentu.