Lo stampaggio a iniezione è una tecnologia basata sulle prestazioni delle materie plastiche, le cui caratteristiche devono essere comprese da ogni stampatore a iniezione.
La padronanza delle proprietà del processo rende più facile la risoluzione dei problemi di qualità che si presentano durante la produzione, una parte integrante del perfezionamento del proprio mestiere.
I. Processo di stampaggio a iniezione del polipropilene (PP)
Il PP è un materiale termoplastico semicristallino e traslucido, dotato di elevata resistenza, buon isolamento, basso assorbimento d’acqua, elevata temperatura di deflessione termica, bassa densità e alta cristallinità. Le cariche modificate includono solitamente fibre di vetro, cariche minerali, gomma termoplastica, ecc.
La fluidità del PP varia notevolmente da un’applicazione all’altra e la portata del PP è generalmente compresa tra ABS e PC.
Il PP puro è bianco avorio semitrasparente e può essere colorato; sulle normali presse può essere tinto soltanto con masterbatch.
Indipendentemente dall’applicazione, le macchine dotate di elementi plastificanti possono garantire risultati di alta qualità.
Per gli usi esterni, l’aggiunta di stabilizzatori UV e di nerofumo alla miscela è essenziale per garantire prestazioni durature.
Per evitare l’indebolimento o lo scolorimento del prodotto finale, pur fornendo soluzioni ecocompatibili, è necessario rispettare una percentuale massima di materiale riciclato di 15% durante i cicli di produzione.
Non ci sono requisiti particolari per la scelta di una macchina per lo stampaggio a iniezione. Poiché il PP ha un’elevata cristallinità.
È necessario utilizzare una pressa per stampaggio a iniezione computerizzata, con elevata pressione di iniezione e controllo multistadio. La forza di chiusura viene generalmente determinata in base a 3800 t/m2 e il volume di iniezione è pari al 20%-85%.
La temperatura dello stampo è di 50-90℃, con un’elevata temperatura dello stampo per requisiti dimensionali elevati. La temperatura del nucleo è inferiore di oltre 5℃ rispetto alla temperatura della cavità, il diametro del canale è di 4-7 mm, la lunghezza della porta dell’ago è di 1-1,5 mm e il diametro può essere di 0,7 mm.
Quanto più breve è la lunghezza della porta del bordo, tanto meglio è, circa 0,7 mm, la profondità è pari alla metà dello spessore della parete, la larghezza è pari al doppio dello spessore della parete e la lunghezza del flusso di fusione nella cavità aumenta con lo stampo.
Lo stampo deve avere un buon scarico, il foro di scarico è profondo 0,025mm-0,038mm e spesso 1,5mm, per evitare segni di ritiro, è necessario utilizzare una bocca di iniezione grande e rotonda e un canale di flusso rotondo, lo spessore del rinforzo deve essere piccolo (ad esempio, è 50-60% dello spessore della parete).
Lo spessore dei prodotti realizzati in PP omopolimero non può superare i 3 mm, pena la formazione di bolle (i prodotti a parete spessa possono essere realizzati solo in PP copolimero).
Il punto di fusione del PP è 160-175℃ e la temperatura di decomposizione è 350℃, ma la temperatura impostata non può superare i 275℃ durante la lavorazione a iniezione e la temperatura della sezione di fusione è preferibilmente di 240℃.
Per ridurre le sollecitazioni interne e le deformazioni si dovrebbe optare per l’iniezione ad alta velocità, ma alcuni gradi di PP e stampi non sono applicabili (compaiono bolle e disegni d’aria).
Se la superficie modellata presenta striature chiare e scure diffuse dal gate, è necessario utilizzare un’iniezione a bassa velocità e una temperatura dello stampo più elevata.
La contropressione di fusione può essere di 5 bar e la contropressione della polvere colorata può essere regolata più in alto.
Utilizzare una pressione di iniezione più elevata (1500-1800 bar) e una pressione di mantenimento (circa 80% della pressione di iniezione). Girare la pressione di mantenimento a circa 95% della corsa completa e utilizzare un tempo di mantenimento più lungo.
Per evitare il ritiro e la deformazione causati dalla post-cristallizzazione, il prodotto viene solitamente trattato con un ammollo in acqua calda.
2. Processo di stampaggio a iniezione del polietilene (PE)
Il PE è una materia prima cristallina, l’assorbimento di umidità è molto ridotto, non più di 0,01%, quindi non è necessario asciugare prima della lavorazione.
La flessibilità della catena molecolare del PE, le piccole forze di interconnessione, la bassa viscosità della massa fusa e l’eccellente fluidità consentono di stampare prodotti a parete sottile e a flusso lungo senza pressioni troppo elevate.
Gamma del tasso di ritiro del PE, valore di ritiro, direzionale ovvio, tasso di ritiro dell’LDPE di circa 1,22%, tasso di ritiro dell’HDPE di circa 1,5%. Il tasso di ritiro dell’HDPE è di circa 1,5%.
Il materiale è quindi soggetto a deformazioni e imbarcamenti, e le condizioni di raffreddamento dello stampo influiscono notevolmente sul ritiro; occorre perciò controllare con precisione la temperatura dello stampo a iniezione, mantenendo il raffreddamento uniforme e stabile.
La capacità di cristallizzazione del PE è elevata e la temperatura dello stampo ha una grande influenza sulle condizioni di cristallizzazione delle parti in plastica.
La temperatura dello stampo è elevata, la fusione si raffredda lentamente, la cristallizzazione delle parti in plastica fuse è elevata e la resistenza è alta.
Il punto di fusione del PE non è elevato, ma la capacità termica specifica è maggiore, per cui la plastificazione deve consumare più calore, per cui è necessario che il dispositivo di plastificazione abbia una maggiore potenza di riscaldamento per migliorare l’efficienza produttiva.
L’intervallo di temperatura di rammollimento del PE è ridotto e la massa fusa è facile all’ossidazione, pertanto il processo di stampaggio deve evitare il più possibile il contatto tra la massa fusa e l’ossigeno, per non ridurre la qualità delle parti in plastica.
I pezzi in PE sono morbidi e facili da sformare; pertanto, quando i pezzi in plastica presentano scanalature laterali poco profonde, possono essere sformati con forza.
La natura non newtoniana del PE fuso non è evidente, la variazione della velocità di taglio ha un effetto minore sulla viscosità e la viscosità del PE fuso è meno influenzata dalla temperatura. la velocità di raffreddamento del PE fuso è lenta, quindi deve essere completamente raffreddato. Lo stampo dovrebbe avere un sistema di raffreddamento migliore.
Se la colata di PE viene alimentata da un ingresso diretto durante l’iniezione, la sollecitazione aumenterà e produrrà un ritiro non uniforme e un aumento direzionale della deformazione.
La temperatura di stampaggio del PE è ampia, allo stato di flusso, una piccola fluttuazione della temperatura non influisce sullo stampaggio a iniezione. La stabilità termica del PE è buona, generalmente al di sotto dei 300 gradi senza evidenti fenomeni di decomposizione, con scarsi effetti sulla qualità.
Le principali condizioni di stampaggio del PE
Temperatura del cilindro: dipende principalmente dalla densità del PE e dalla portata del fuso, oltre che dal tipo e dalle prestazioni della pressa per stampaggio a iniezione e dalla forma desiderata dei componenti plastici di primo livello.
Poiché il PE è un polimero cristallino, i grani devono assorbire un certo calore durante la fusione, quindi la temperatura della canna deve essere di 10 gradi superiore al suo punto di fusione.
Per l’LDPE, la temperatura del barile è controllata a 140-200℃, mentre per l’HDPE è controllata a 220℃, con la parte posteriore del barile che assume il valore minimo e quella anteriore il valore massimo.
Temperatura dello stampo: incide notevolmente sulla cristallizzazione dei componenti plastici. Una temperatura elevata aumenta la cristallinità del fuso e la resistenza, ma accresce anche il ritiro.
Di solito, la temperatura dello stampo dell’LDPE è controllata a 30℃-45℃, mentre la temperatura dell’HDPE è più alta di 10-20℃.
Pressione di iniezione: aumentarla facilita il riempimento dello stampo. Data la buona fluidità del PE, salvo che per prodotti sottili e slanciati, è preferibile scegliere una pressione inferiore, generalmente pari a 50-100 MPa. Per componenti plastici semplici e con pareti spesse può essere più bassa; nei casi opposti deve essere più alta.
3. Processo di stampaggio a iniezione del cloruro di polivinile (PVC)
Applicazioni tipiche: tubazioni per l’approvvigionamento idrico, tubi domestici, pannelli per pareti, involucri di macchine commerciali, imballaggi di prodotti elettronici, dispositivi medici, imballaggi alimentari ecc.
Proprietà chimiche e fisiche: il PVC è un materiale amorfo. Nell’uso pratico vengono spesso aggiunti stabilizzanti, lubrificanti, coadiuvanti di processo, coloranti, modificatori d’urto e altri additivi.
Il materiale in PVC ha caratteristiche di non infiammabilità, elevata resistenza, resistenza chimica ai cambiamenti atmosferici ed eccellente stabilità geometrica.
Il PVC è altamente resistente agli agenti ossidanti, riducenti e agli acidi forti. Tuttavia, può essere corroso da acidi ossidanti concentrati, come l’acido solforico concentrato e l’acido nitrico, e non è adatto al contatto con idrocarburi aromatici e clorurati.
La temperatura di fusione del PVC è un parametro molto importante nella lavorazione e se questo parametro non è adeguato porterà alla decomposizione del materiale plastico.
Il tasso di ritiro del PVC è piuttosto basso, generalmente 0,2~0,6%.
Condizioni del processo di stampaggio a iniezione.
Trattamento di essiccazione: generalmente non è necessario.
Temperatura di fusione: 185~205℃. Temperatura dello stampo: 20~50℃.
Pressione di iniezione: può raggiungere 1500 bar.
Pressione di mantenimento: può raggiungere 1000 bar.
Velocità di iniezione: per evitare un’eccessiva degradazione del materiale si utilizza generalmente una velocità piuttosto elevata.
Canali e punti di iniezione: si possono utilizzare tutti i tipi convenzionali. Per componenti stampati a iniezione di piccole dimensioni sono preferibili un punto di iniezione a spillo o uno sottomarino; per i componenti più spessi è più adatto un punto di iniezione a ventaglio.
Il diametro minimo della porta a punta d’ago o della porta sommersa deve essere di 1 mm; lo spessore della porta a ventaglio non deve essere inferiore a 1 mm.
Proprietà chimiche e fisiche: Il PVC rigido è uno dei materiali plastici fusi più utilizzati.
4. Processo di stampaggio a iniezione del polistirene (PS)
Aree di applicazione tipiche: imballaggio di prodotti, prodotti per la casa (stoviglie, vassoi, ecc.), elettrici (contenitori trasparenti, diffusori di luce, pellicole isolanti, ecc.)
Proprietà chimiche e fisiche: la maggior parte del PS commerciale è trasparente e amorfa. Il PS presenta un’ottima stabilità geometrica e termica, buone proprietà di trasmissione ottica e isolamento elettrico, nonché una tendenza molto ridotta ad assorbire umidità.
È resistente all’acqua e agli acidi inorganici, ma può essere corroso da acidi ossidanti forti, come l’acido solforico concentrato, e può gonfiarsi e deformarsi in alcuni solventi organici. I tassi di ritiro tipici vanno da 0,4 a 0,7%.
Condizioni del processo di stampaggio a iniezione.Essiccazione: L’essiccazione non è normalmente necessaria, a meno che non sia stata conservata in modo improprio. Se l’essiccazione è necessaria, le condizioni di essiccazione consigliate sono 80°C e 2 - 3 ore.
Temperatura di fusione: 180~280℃. Per i materiali ignifughi il limite superiore è 250℃.
Temperatura dello stampo: 40~50℃.
Pressione di iniezione: 200~600 bar.
Velocità di iniezione: si consiglia una velocità elevata.
Canali e punti di iniezione: si possono utilizzare tutti i tipi convenzionali di punti di iniezione.
5. Processo di stampaggio a iniezione dell’ABS
Settori applicativi tipici: automobili (cruscotti, vani portaoggetti, copriruota, alloggiamenti dei riflettori ecc.), frigoriferi, elettrodomestici e utensili ad alta potenza (asciugacapelli, frullatori, robot da cucina, rasaerba ecc.), involucri telefonici, tastiere per macchine da scrivere e veicoli ricreativi quali golf cart e moto d’acqua ecc.
Proprietà chimiche e fisiche: l’ABS è sintetizzato a partire da tre monomeri chimici: acrilonitrile, butadiene e stirene.
Ogni monomero conferisce proprietà diverse: l’acrilonitrile offre elevata resistenza e stabilità termica e chimica; il butadiene tenacità e resistenza agli urti; lo stirene facilità di lavorazione, ottima finitura ed elevata resistenza. Dal punto di vista morfologico, l’ABS è un materiale amorfo.
La polimerizzazione dei tre monomeri produce un terpolimero con due fasi, una fase continua di stirene-acrilonitrile e una fase dispersa di gomma polibutadiene.
Le proprietà dell’ABS dipendono in larga misura dal rapporto dei tre monomeri e dalla struttura molecolare nelle due fasi.
Ciò consente una grande flessibilità nella progettazione degli stampi dei prodotti e ha portato alla presenza sul mercato di centinaia di qualità diverse di materiali ABS.
Queste diverse qualità offrono proprietà diverse, come una resistenza agli urti da media ad alta, una brillantezza da bassa ad alta e proprietà di distorsione ad alta temperatura.
I materiali ABS offrono un’ottima lavorabilità, aspetto, basso creep ed eccellente stabilità dimensionale, nonché un’elevata resistenza agli urti.
Condizioni del processo di produzione dello stampaggio a iniezione.
Trattamento di essiccazione: l’ABS è igroscopico e deve essere essiccato prima della lavorazione. Si consiglia un minimo di 2 ore a 80~90°C. Il contenuto di umidità del materiale deve essere inferiore allo 0.1%.
Temperatura di fusione: 210~280℃; temperatura consigliata: 245℃.
Temperatura dello stampo: 25~70℃. La temperatura dello stampo influisce sulla finitura dei componenti plastici: una temperatura più bassa produce una finitura inferiore.
Pressione di iniezione: 500~1000 bar.
Velocità di iniezione: da media ad alta.
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