Skurcz Przetwórczy Tworzyw Dlaczego Tak Różny?

15 października 2021
Zanim odpowiemy sobie na pytanie trzeba sobie odpowiedzieć na pytanie czym jest skurcz w przetwórstwie tworzyw sztucznych. Skurcz to nic innego jak zmiana wymiarów lub objętości wypraski względem wymiarów lub objętości gniazda formy, w którym wypraska była wytwarzana. Wydaje się oczywiste i proste zarazem.

Zanim odpowiemy sobie na pytanie trzeba sobie odpowiedzieć na pytanie czym jest skurcz w przetwórstwie tworzyw sztucznych. Skurcz to nic innego jak zmiana wymiarów lub objętości wypraski względem wymiarów lub objętości gniazda formy, w którym wypraska była wytwarzana. Wydaje się oczywiste i proste zarazem.

Jednak jest to bardzo złudne. W żadnych chyba innych materiałach skurcz przetwórczy nie jest tak złożonym zjawiskiem jak w tworzywach sztucznych. Skurcz jest powodowany przez bardzo wiele zjawisk związanych z procesami; uplastyczniania, spiętrzania, wtrysku, przepływu, docisku czy wreszcie ochładzania i krystalizacji. Tak naprawdę każda z faz procesu może mieć na niego wpływ. I co ważne choć trudne do wyobrażenia, proces skurczy trwa nieskończenie długo.  Oczywiście najważniejszy wpływ na jego wartość mają same właściwości tworzywa przetwarzanego. To czy należy do grupy tworzyw amorficznych czy częściowo krystalicznych, ale również to czym jest wypełnione (włókno szklane, talk, kreda, rodzaj pigmentu itp.).

Nie ma zatem krótkiej odpowiedzi na pytanie jaki jest skurcz takiej czy innej odmiany polipropylenu. Producenci podają wartość skurczu w kartach TDS (Technical Data Sheet), ale jest to wartość bardzo orientacyjna i dotyczy najczęściej skurczu mierzonego na znormalizowanej próbce o wymiarach 60 x 60 mm i grubości 2mm, czyli wyprasce o stosunkowo krótkiej drodze płynięcia. Nie oznacza to że wtryskując inny kształt wypraski uzyskamy dokładnie taką samą wartość.

Niestety, gdyby tak było formy wtryskowe byłyby wytwarzane od razu z takim naddatkiem jaki jest konieczny do uzyskania nominalnego wymiaru. Tak się niestety nie dzieje i często narzędziownie wykonują kilka poprawek.

Najczęściej posługujemy się podczas oznaczania skurczu konstrukcyjno-technologicznego skurczem liniowym, czyli zmianą wymiarów liniowych formowanej wypraski. Jednak obok skurczu liniowego w przetwórstwie występuje również skurcz objętościowy i choć go nie wyznaczamy w praktyce przemysłowej jest również ważny, ponieważ skurcz liniowy jest następstwem działania skurczu objętościowego.

Już w czasie przepływu tworzywa w formie wtryskowej tworzywo zaczyna się kontaktować ze ściankami formy przekazując ciepło do narzędzia, co powoduje zmianę temperatury tworzywa. Wypraska już zaczyna się kurczyć ze względu na spadek temperatury i jest to związane z rozszerzalnością cieplną tworzyw. Po całkowitym wypełnieniu gniazda formy wypraska zaczyna chłodzić się, ponieważ ustaje przepływ szybki, który rozgrzewał tworzywo od samego przepływu (ścinania). Gdyby nie faza docisku formowane wypraski posiadałyby zapady i wciągi w obszarach o największej grubości. Dlatego najważniejszym jest możliwie jak najszybsze wypełnienie gniazda formy (tym szybsze im cieńsza ścianka formowanej wypraski) a następnie przejście na fazę docisku, która z jednej strony pozwala na uzupełnienie strat spowodowanych kurczącym się w formie tworzywem a z drugiej poprzez oddziaływanie ciśnienia tworzyw od środka wypraski dopycha niejako wypraskę do ścianek formy powodując zwiększenie wymiany ciepła pomiędzy ochładzaną wypraską a narzędziem.

Tworzywa amorficzne mają stosunkowo mały skurcz objętościowy około 7% co ma przełożenie na skurcz postaciowy który wynosi w zależności od tworzywa między 0,4 a 0,8%. Tworzyw częściowo – krystaliczne z racji bardzo dużego skurczu objętościowego (nawet do 28%) wywołanego przez procesy krystalizacji mogą osiągnąć skurcz postaciowy w granicach od 2 do 4,5%. Oczywiście mówimy tu o tworzywach nie napełnionych. Każdy napełniacz (włókno szklane, talk, kulki szklane itp.) wpłyną na wartość skurczu w odmienny sposób.

Warto też powiedzieć, że w tworzywach polimerowych z racji ich budowy łańcuchowej mamy do czynienia z tak zwaną anizotropią skurczu czyli zróżnicowaniem skurczu w wyprasce mierzonego wzdłuż przepływu i w poprzek przepływu. To jeszcze bardziej komplikuje proces projektowania formy i ustalanie jej wymiarów w taki sposób, aby po wtryśnięciu wypraski i zadziałaniu skurczu wymiar zmieścił się w nominale.

Jak widzicie problematyka skurczu w przetwórstwie tworzyw jest bardzo złożona a sama wartość skurczu zależy od:

  • przetwarzanego tworzywa,
  • zawartości i typu napełniaczy w tworzywie (w szczególności chodzi o kształt napełniacza),
  • parametrów przetwórstwa (temperatura formy, temperatura wtrysku, ciśnienia docisku, przeciwciśnienie, szybkość wtrysku i inne),
  • warunków przechowywania wyprasek po procesie wytwarzania.

 

Autor: Eksperci GA
Źródło: grupaazoty.com