Zpracovatelské podmínky

Vliv důležitých technologických parametrů na vlastnosti výrobků

a) Sušení

Příliš vysoký obsah vlhkosti vede k povrchovým defektům na výstřicích. V případě některých materiálů (PC, PBT) i k hydrolytickému rozkladu, což vede k prudkému poklesu vlastností výstřiku.

Je nutné dodržovat uvedené doby a teploty sušení, nedoporučuje se např. snižovat teplotu sušení a zvyšovat dobu sušení a v žádném případě zvyšovat teplotu sušení, kdy může dojít i ke zpečení materiálu v sušících zařízeních.

Vysušení materiálu je vhodné kontrolovat (nejjednodušší test je tzv.“sklíčková metoda“). Dobu sušení výrazně ovlivní i typ použité sušárny, sušení suchým vzduchem (sušárny s molekulovými síty) je podstatně kratší než sušení čerstvým nebo cirkulujícím vzduchem. Pozor na případ cirkulujícího vzduchu bez příměsi čerstvého vzduchu, kdy vůbec k sušení nedochází!

Vysušený materiál by měl být zpracován co nejrychleji (nejlépe max. do 2 hodin). Násypky by měly být především u hydrolyticky odbouratelných plastů vytápěny. Horký vysušený materiál při chladnutí velmi rychle navlhá a může dosahovat velmi vysokého obsahu vlhkosti, většího než před vlastním sušením! Do sušícího zařízení se sušící se hmotou nepřidávat čerstvý vlhký materiál!

Vysušený materiál lze skladovat jenom v obalech, které zamezí přístupu vzduchu. Je proto vhodné sušit takové množství materiálu, které se průběžně zpracuje (navíc nedochází k energetickým ztrátám).

Pozor na skutečnost, že sušit je nutné i přísady do plastů. Platí to především o barevných koncentrátech a minerálních plnivech!

Pokud je materiál balen v originálních obalech zamezujících přístup vlhkosti do obalu (AL-vrstva), není sušení nutné. V případě poškození obalu je ale bezpodmínečně nutné!

Nedostatečné vysušení materiálu je možné např. u PC, zjistit i snadným zlomením výstřiku a změnou barvy materiálu (zežloutnutí)

b) Teplota nástroje

Vliv teploty nástroje na vlastnosti výstřiku udává tato tabulka:

* Krystalinita ovlivňuje tuhost a houževnatost výstřiku. Vysoký stupeň krystalinity dává vyšší tahost, E modul a nižší nasákavost. Nízký stupeň dává vyšší houževnatost. Mezi krystalické a semikrystalické plasty řadíme z nejpoužívanějších plastů PE, PP, POM, PA, PBT.

Pro kvalitu výstřiků má podstatný vliv úroveň vnitřního pnutí, projevující se praskáním výstřiku po určité době (dochází ke korozi za napětí).

Je proto vhodné volit vyšší teplotu nástroje, kdy je stupeň orientace makromolekul a tím i koroze za napětí nižší. Vzhledem k deformacím a smrštění je naopak vhodné pracovat s nižšími teplotami nástroje. Je proto nutné volit v konkrétních případech kompromis. Je zřejmé, že nižší teploty nástroje snižují délky cyklu a zvyšují ekonomiku výroby.

c) Teplota taveniny

Rovněž ovlivňuje smrštění (na rozdíl od teploty nástroje a vstřikovacích tlaků minimálně), deformace, vnitřní pnutí, ale vliv je oproti jiným parametrům malý.

Doporučuje se používat co nejnižší teplotu taveniny, i vzhledem k možnosti použití kratších cyklů. Velmi důležité je nepřekračovat teplotu taveniny při zpracování POM, protože hrozí nebezpečí rozkladu polymeru za vzniku plynného formaldehydu, který silně dráždí sliznici. Rovněž tak u plastů s detergenty hoření může hrozit jejich rozklad, opět s velmi nepříjemnými plynnými zplodinami.

Důležité je dodržení maximální teploty při zpracování PVC, opět ze stejných důvodů (uvolňování plynného chlorovodíku).

d) Vstřikovací tlaky a dotlak

Silně ovlivňují orientaci markomolekul a tím i velikost vnitřního pnutí, proto je vhodné používat co nejnižší vnitřní tlak a dotlak.

Plasty se špatnou zatékavostí však vyžadují maximální vstřikovací tlak pro zaplnění dutiny nástroje. Pokud jsou požadavky na minimalizaci deformace a smrštění, musí se vstřikovací tlak a dotlak zvyšovat, ale vždy je nutné postupovat opatrně.

e) Vstřikovací rychlost

Všeobecně by měla být vysoká, snížení vstřikovací rychlosti na počátku vstřikovací fáze zabrání vzniku povrchových vad (matných fleků a laminace).

I vstřikovací rychlost však ovlivňuje úroveň vnitřního pnutí (vysoká vstřikovací rychlost zvyšuje orientaci makromolekul a tím i velikost vnitřního pnutí)

Vstřikovací rychlost ovlivňuje i uzavírání vzduchu (vzduchové bubliny a pálení hmoty) a pevnost studených spojů.

f) Zpětný tlak

Vyšší zpětný tlak eliminuje barevnou nehomogenitu materiálu, zlepšuje homogenitu taveniny. Zároveň však prodlužuje cyklus vstřiku a ohrožuje tepelnou stabilitu materiálu.

IDENTIFIKACE PLASTŮ

Poznámka: PP od PE lze rozlišit tzv. nehtovou zkouškou (PE má znatelný vryp, PP ne)

ZKUŠEBNÍ METODY

1) ITT – index toku taveniny /ISO1133 , DIN 53735, ASTM D1238
je definován jako hmotnost materiálu, který proteče tryskou o ø2 mm za 10 minut (pro konkrétní typ materiálu) při daném zatížení pístu a dané teplotě

MVI (MVR) je definován jako objem plastu, který je vytlačen při daném zatížení a dané teplotě za 10 minut je vyjádřen v cm³/10 min.

MFI (MFR) je definován jako hmotnost plastu, který je vytlačen při daném zatížení a dané teplotě za 10 minut je vyjádřena g/10min.

Používané teploty – 220, 250, 260, 265, 280, 300, 320, 360 °C

Zatížení – 1, 2, 2.16, 3.8, 5, 10, 21 kg

Obvyklé podmínky MFR (MFI) u jednotlivých materiálů:

2) Teplotní odolnost dle Vicata dle ISO306, DIN 53460, ASTM D1525

Dle ISO 306 jsou 2 metody:

Metoda A – zatížení 10 N
Metoda B – zatížení 50N

Podle charakteru zvyšování teploty termostatu o 50°C/h nebo 120°C/h je zkouška označována:

VICAT A50,A120 nebo
VICAT B50, B120

Zkouška se provádí v zahřívané olejové lázni, kde výchozí teplota lázně je 23°C, po 5ti minutách je vloženo zatížení 10 nebo 50N.

Tvarová stálost/teplotní odolnost dle Vicat je teplota, při které jehla o ø 1mm² je vtlačena do zkušebního tělíska do hloubky 1 mm+0,01mm

Porovnávací hodnota ISO versus ASTM

• rozměry zkušebního tělíska jsou rozdílné proto hodnoty ISO mají nižší hodnotu než hodnota ASTM

3) Teplotní odolnost HDT – trvalá teplotní deformace dle ISO75, DIN53461, ASTM D648

Označení

HDT/A – tepelná odolnost při zatížení 1,8 MPa
HDT/B – tepelná odolnost při zatížení 0,45 MPa

Popis zkoušky:
Zkušební těleso podepřené jako nosník o dvou podporách vzdálených 100 mm je umístěno ve vyhřívané silikované olejové lázni a hrot působící na zkušební těleso je zatížen dle ISO 0,45MPa (0,45 MPa/ASTM) nebo dle ISO 1,8MPa

(1,82 MPa/ASTM), výchozí teplota měření +23°Ca teplota lázně je zvyšována o 2°C/min.

Tepelná odolnost dle HDT ISO je teplota při které se zkušební tělísko prohne o 0,32mm

Tepelná odolnost dle HDT ASTM je teplota při které se zkušební tělísko prohne o 0,25mm

4) Rázová houževnatost – ISO180, ASTM D256

Rázová houževnatost se zkouší buď jako vrubová houževnatost nebo houževnatost bez vrubu.

Podle charakteru umístění zkušebního tělíska se používá metoda Charpy (horizontální) nebo IZOD (vertikální)

IZOD ISO 180 rozlišuje typy tělísek dle tvaru vrubu:

IZOD ISO 180/1A – tělísko 80x10x4mm, tvar vrubu – radius 0,25mm

IZOD ISO 180/1B – stejný typ tělíska jako u 180/1A, radius 1 mm

IZOD ISO 180/1C – stejný typ tělíska jako u 180/1A, ale náraz na tělísko je veden z obrácené strany

IZOD ISO 180/1U – stejný typ tělíska jako u 180/1A, ale bez vrubu

IZOD ASTM D256

• Rozměry tělíska: 63,5×12,7×3,2 mm – stejný vrubový radius jako u IZOD ISO180

Charpy dle ISO179, ASTM 256

Zkouška se provádí na tělískách s vrubem nebo bez vrubu. Rozměry tělíska 80x10x4mm

Jsou 3 varianty vrubu s radiusem:

ISO 179/1eA – A 0,25 mm
ISO 179/1eB – B 1,00 mm
ISO 179/1eC – C 0,1 mm
ISO 179/1eU – bez vrubu

Preferovaný typ je typ A

Jednotka měření houževnatosti se u ISO metody vyjadřuje v kJ/m², v případě ASTM pak J/m.

Přepočet je 10, což vyjadřuje 100 J/m = 10 kJ/m²

Test rázové houževnatosti je možné provádět v rozmezí teplot -60°C až +23°C, obvykle

Se měří při teplotě +23°C a -30°C.

5) Tvrdost – shore dle ISO868, DIN53505, ASTM D2240

Měření vtlačovací odolnosti elastomerů nebo měkkých plastů je založeno na hloubce proniknutí konického kužele.

Tvrdost shore se měří Durometrem A pro měkké materiály (10-90 shore A) a Durometrem
D pro tvrdé materiály (20-90 shoreD)

6) Pevnost v ohybu a modul v ohybu dle ISO778, DIN53452, ASTM D790

Pevnost v ohybu charakterizuje „tuhost“ materiálu na rozdíl od pevnosti v tahu.

U zkoušky pevnosti v ohybu veškerá síla je v jednom směru .
Testování probíhá tím, že zatížení na tělísko je konstantní v poměru 2mm/min.

7) Hořlavost

a) Klasifikace hořlavosti dle UL94

Popis testu:

Zkušební těleso je umístěno vertikálně pro zkoušku V1,V2, V0 a v případě zkoušky HB je umístěno horizontálně

Rozměry tělíska – 125+5mmx13+0,2mmx0,8mm nebo 1,6mm nebo 3,2mm

Kondicionace:

• sada 5ti tělísek/tyčinek se kondicinuje 48h při 23°C a 50% vel. vlhkosti vzduchu

• druhá sada tělísek se kondicinuje 168hod při teplotě 70°C

Retest je prováděn tehdy, když u jednoho tělíska nebo u celé sady tělísek nepřekročí doba hoření předepsanou hodnotu doby hoření hodnotu 5s, tzn. Pro V0 =55s, V1,V2 = 255 s

HB – zkušební tělísko je upevněno horizontálně. Rychlost hoření musí být při síle stěny do

3mm nižší než 76mm/min, při síle nad 3 mm nižší než 38mm/min.

V2 – zkušení tělísko je upevněno vertikálně. Uhasnutí plamene na tělísku do 30s po

odtažení plamene od tělíska, hořící kapky jsou dovoleny, doutnání musí skončit

do max 60 s

V1 – zkušení tělísko je upevněno vertikálně. Uhasnutí plamene na tělísku do 30s po

odtažení plamene od tělíska, nesmí se tvořit žádné hořící kapky, doutnání musí

skončit do max 60s

V0 – zkušení tělísko je upevněno vertikálně. Uhasnutí plamene na tělísku do 10s po

odtažení plamene od tělíska, nesmí se tvořit žádné hořící kapky, doutnání musí

skončit do max 30s

b) GWFI (žhavá smyčka dle IEC 60695-2-1)

Při této zkoušce zjišťujeme chování plastů při hoření pomocí žhavé smyčky, která tlačí na zkušební kruhovou desku. Výsledek je poté považován za charakteristickou hodnotu patřící do vlastností zkoušeného plastu.

Zdroj tepelného namáhání představuje speciální smyčka z odporového drátu, elektricky zahřívaná na teploty 550°C, 650°C, 750°C, 960°C při kterých samovolně zhasnou plameny či doutnání 30 s po odstranění žhavé smyčky. Hedvábný papír umístěný pod vzorkem nesmí být zapálen hořícími částečkami a ani vzorek nesmí vzplanout.

Odkapávací výška – 200 mm
Přitlačná síla – 1 N
Podložka – hedvábný papír nebo dřevěná borovicová podložka
Hloubka proniknutí je omezena do 7mm.

Jako zkušební vzorky se obvykle používají kruhové desky z plastu o průměru 85mm a tloušťce od 0,75mm, 1,5mm nebo 3mm nebo plastové díly (výlisky)

Teploty odpovídají příslušnému zařazení zkoušeného dílu v závislosti na aplikaci, zejména u elektrodílů.

PŘÍSADY DO PLASTŮ

Přidávají se do plastů z nejrůznějších důvodů buď u výrobce, nebo při modifikaci plastů u zpracovatele.

MAZIVA A SEPARAČNÍ PROSTŘEDKY

Používají se z důvodů lepší zatékavosti plastů do nástrojů a snadnější vyjímání výrobků z nástrojů. Existuje celá řada těchto prostředků, jako např. parafinické vosky, kovová mýdla, vyšší mastné estery a alkoholy (stearát zinečnatý, vápenatý). Přídavek může ovlivnit jakost povrchu i mechanické vlastnosti, proto se volí co nejnižší koncentrace. Lze využít i silikonové prostředky a to jak mazivo, tak separační prostředek, pozor však na aplikace v elektrotechnice (zvyšují vodivost plastu). Jako separátory lze využít i PP olej. Vhodné je použití PTFE a to jak mazivo i ve formě spreje. Přídavek PTFE se realizuje především u výrobců plastů.

STABILIZÁTORY

Existují stabilizátory tepelné (nutné pro stabilizaci plastů proti tepelnému namáhání při zpracování) a světelné (stabilizace plastu proti UV záření). Tepelné stabilizátory jsou přidávány do plastu u výrobce plastu, rovněž tak UV stabilizátory, je však možné přidávat UV stabilizátory i u zpracovatele pro zvýšení životnosti výrobku (ale předem je nutná konzultace s výrobcem UV stabilizátoru). Volí se UV stabilizátory vždy pro konkrétní plast.

Přídavek UV stabilizátoru (nejlépe ve formě koncentrátu) je nízký, cca 0,1-1%, proto neovlivňuje zpracovatelské vlastnosti a fyzicko-mechanické vlastnosti výrobku.

Velmi dobrým stabilizátorem jsou aktivní saze, zároveň se zvyšuje vodivost plastu (vhodné pro aplikace, kde je vyžadován povrchový odpor nižší než 10⁸ Ω). Saze nelze přidávat v práškové formě, silně znečišťují pracovní okolí (výrobce dodávají saze ve formě koncentrátu).

ANTISTATIKUM

Je výhodné používat jako přísadu přímo do plastu, má trvalý účinek. Antistaty ve formě sprejů, které se aplikují na povrch výstřiků mají pouze dočasný efekt.

Podstatou antistatických prostředků je zvýšení vodivosti plastů (snížení povrchového odporu z 10¹⁵-10¹⁶ Ω na 10¹¹-10¹⁰ Ω). Je výhodné nakupovat plasty přímo s antistatickou úpravou.

Dosažení povrchového odporu < 10¹⁰ Ω pro speciální aplikace vodivých plastů (s hodnotou až 10⁶-10² Ω) lze získat použitím aktivních sazí nebo kovových vláken. Pozor na orientaci těchto plnidel, ve směru toku taveniny a kolmo na směr taveniny vykazují odlišné hodnoty povrchového odporu!

RETARDAČNÍ PŘÍSADY

Používají se pro snížení hořlavosti plastů (dle UL 94 z hodnot HB na hodnoty V1 až V0). Jsou vyráběny buď na bázi chlor, bromu nebo fosforu obsahujících sloučeninu, zde však vzniká riziko značného zhoršení pracovního prostředí při degradaci retardačního systému (při překročení zpracovatelských teplot) nebo použitím systému na bázi AL (OH)₃ nebo i jiných přísad, kde evidujeme rozklad retardačního systému, neohrožuje pracovní prostředí.

V každém případě je však nutné bezpodmínečně dodržovat maximální teplotu taveniny. Pozor na skutečnost, že především u starších vstřikovacích strojů se teplota nastavená na plastikářském válci a teplota taveniny může značně lišit!

PIGMENT A BARVIVA

Existují pigmenty na bázi anorganických sloučenin (ty mají velmi dobrou tepelnou odolnost, jsou levné, ale jsou problematické na zdravotní nezávadnost) a na bázi organických sloučenin (nižší tepelná odolnost, vyhovující zdravotní nezávadnost, zpravidla vyšší cena). Proto především u pigmentů na organické bázi je nutné dodržovat maximální zpracovatelské teploty a zabraňovat dlouhému setrvání zbarveného plastu v plastikačním válci (pozor na rozdíl teplot nastavených na plastikačním válci a teploty taveniny).

Je vhodné pracovat s nižšími otáčkami šneku a nižší vstřikovací rychlostí!

U hygroskopických barevných koncentrátů je nutné spolu s plastem vysoušet i pigment!

Pro vyšší kvalitu probarvení výlisku je vhodné používat koncentráty s nižším obsahem pigmentu a pracovat s vyšším zpětným tlakem vstřikovacího stroje. Práškové pigmenty dávají rovněž kvalitnější probarvení, zhoršuje se ale přesnost dávkování pigmentu do násypky vstřikovacího stroje, obtížněji se stroj čistí nebo přejíždí na jiný pigment a zhoršuje se pracovní prostředí.

Kromě barevných koncentrátů se používají i barevné plasty, ale probarvení není optimální,

rovněž čištění stroje je náročnější. Pro každý plast je nutné použít koncentrát s nosičem zpracovávaného plastu, ve výjimečných případech je možné použít i koncentrát na jiném nosiči, pokud se oba materiály snášejí. Koncentráty na bázi speciálních vosků jsou univerzální, ale probarvení nedosahuje takové kvality jako u koncentrátu se stejným nosičem jako je zpracovávaný plast.

Řadu pigmentů a koncentrátů, především na bázi organických sloučenin, ovlivňuje krystalinitu plastu, což se projevuje deformacemi a vyšším smrštěním výrobku!

NADOUVADLA

Jsou založeny buď na fyzikálním, nebo chemickém principu. Jako přísada do plastů přichází do úvahy chemický princip. Ten spočívá v tom, že přidané nadouvadlo působením teploty rozloží na plyny a ty způsobí nadouvání plastu. Teplota rozkladu nadouvadla musí odpovídat zpracovatelské teplotě plastu.

Existuje celá řada nadouvadel, od nejjednodušších (např. kys. uhličitan sodný) po komplikované sloučeniny. Ty jsou více cenově náročnější, ale dávají homogenaci strukturu, což je pro výslednou kvalitu výlisku rozhodující.

Při technologii vypěňování je bezpodmínečně nutné dodržovat zásadu, že k rozkladu nadouvadla musí docházet až v poslední zóně (nebo trysce) topného válce vstřikovacího stroje. Vstřikovací rychlost se volí co nejvyšší, chlazení dostatečně dlouhé, aby nedocházelo k borcení výlisku. Nejlepší výsledky jsou dosahovány při tloušťce stěny nad 3 mm.

Nadouvané výstřiky lze vyrábět na běžných vstřikovacích strojích, nejlepších výsledků se ale dosahuje použitím speciálních vstřikovacích strojů, umožňujících co nejrychlejší vstřik (dosažení nejnižší hustoty výstřiku).

PLNIVA

Řadíme zde vlastní plniva a vyztužující přísady.

Z vlastních plniv je široce využívaná dřevěná moučka (především ale pro reaktoplasty), lze ji používat i do plastů, je nutné ale tyto plniva před zpracováním vysoušet a sledovat tepelnou odolnost dřevěné moučky.

Širší uplatnění mají anorganické plniva, např. drcená křída, vápenec, mramor, křemičitá moučka. Všechny tyto přísady zvyšují tepelnou odolnost plastů, zvyšují E modul, vrubovou houževnatost, tuhost. Zároveň v mnoha případech kladně ovlivňují cenu plastu. Křemičitá moučka dává nejvyšší odolnost proti korozi, je ale velmi abrasivní (nejvíce ze všech plniv a vyztužujících přísad).

Nejčastěji používaný je talk (buď samostatný nebo ve směsi krátkovláknitých minerálií), který zvyšuje E modul, rázovou houževnatost a pevnost v ohybu, má vliv na kvalitu povrchu výlisku. Slída je používaná pro získání tzv. perleťového odstínu.

Používaná plniva je nutné aplikovat jako jemně mleté s Ø částic < 0,7 mm k dosažení požadovaného efektu.

Řada plniv (např. vápenec) je hygroskopický, je tedy nutné předsoušení před zpracováním. Největší využití mají vyztužující přísady a to ve formě krátkých, dlouhých vláken a kuliček (zde se využívá rovnoměrného smrštění výlisku ve všech směrech).

Nejpoužívanější jsou skelná vlákna, aramidová vlákna, karbonová a profilová vlákna, ocelová vlákna.

Všechna, zvláště pak dlouhovláknitá plniva udělují plastům zvlášť vysoký E modul, tuhost, tepelnou odolnost, chemickou odolnost, rázové vlastnosti a řadí se ke konstrukčním plastům s nejvyššími požadavky na jejich vlastnosti.

Při zpracování nečiní potíže (o něco horší zatékavost, z důvodu nižšího smrštění i obtížnější vyjímání z forem), je nutné ale opatrně volit přídavek regenerátu, protože drcením nevhodných výlisků dochází k lámání vláken a tím ke změně vlastností.

Abrase strojního zařízení není o mnoho vyšší než u nevyztužených plastů (skelná plniva obsahují apretaci, která korozi snižuje).

ČIŠTĚNÍ VSTŘIKOVACÍCH JEDNOTEK

Pro řešení problematických přechodů z matného plastu na transparentní, zejména PC, PMMA a při přechodu na barevné změny se používají čistící materiály ve formě granulátů.

Čistící granulát umožňuje odstranění ulpěných nečistot na povrchu šneků a komor u vstřikovacích a vytlačovacích strojů. Je také vhodný k čištění horkých vtoků, umožňuje zredukovat množství zmetků a zkrácení času přechodu při změně barvy. Jedním z velmi účinných čistidel je granulát Ramclean.

Ramclean 101/204

• Rozmezí pracovní teploty: 150°C – 250°C
  
• Vhodný pro PP, PE, PA, PBT, PC/PBT, PC/ABS, ASA/PBT, PC/ASA, EVOH, barvené PC

Ramclean 206 transparent

• Rozmezí pracovní teploty: 230°C – 320°C
  
• Vhodný pro transparentní PC, Acryl

Ramcelan 500

• Rozmezí pracovní teploty: 160°C – 230°C
  
• Vhodný pro PVC & ABS

Ramclean 600

• Rozmezí pracovní teploty: 120°C – 280°C
  
• Vhodný pro jednovrstvé a vícevrstvé folie

Ramclean 800

• Rozmezí pracovní teploty: 230°C – 360°C
  
• Vhodný pro PA, PC, PS, EVOH, ULTEM, PEX, PPO, PPS