24 lipca 2021

 

Tworzywa sztuczne stosowane są dziś w każdej dziedzinie życia. Otrzymywane z nich produkty można znaleźć w elektronice, przemyśle maszynowym, budownictwie, transporcie, medycynie, przemyśle spożywczym, a nawet w zastosowaniach wojskowych czy kosmicznych. Swoją ogromną popularność zawdzięczają stosunkowo niskiej cenie produkcji, wysokiej estetyce, jak również prostocie formowania i barwienia. Jednak ich szerokie zastosowanie jest przede wszystkim efektem dobrego stosunku wytrzymałości do masy, odporności na niesprzyjające warunki otoczenia oraz wynika z prostoty automatyzacji procesu wytwarzania.

Maciej Majerczak

Przetwórstwo tworzyw sztucznych charakteryzuje się bardzo wąskimi tolerancjami parametrów procesu. Spora ilość zmiennych procesowych skutkuje znaczną ilością możliwych do uzyskania wad i defektów. Niektóre z defektów są rzadkie i stosunkowo łatwe do wykrycia i zapobiegania. Inne, jak na przykład deformacja skurczowa, są praktycznie niemożliwe do całkowitego usunięcia, a jedynym sposobem jest ich jak największa kompensacja poprzez poprawę geometrii, formowanie zdeformowanej wypraski na kopycie lub stworzenie przeciwformy.

Efekt jettingu (widoczne line płynięcia, ślady strumieni) jest jednym z rzadziej występujących defektów podczas wytwarzania metodą wtrysku. Parametry procesu potrzebne do odwzorowania tego zjawiska przeważnie są bardzo szybko korygowane przez doświadczonego operatora. Zjawisko to jest natomiast bardzo ciekawe i trudne do symulowania metodą obliczeń komputerowych. Do poprawnego odwzorowania jettingu należy między innymi uwzględnić siły grawitacji czy oddziaływania bezwładnościowe. Rysunek 1 przedstawia komponenty, podczas wytwarzania których doszło właśnie do efektu wolnej strugi. Głównymi powodami powstawania tego zjawiska są: zbyt duża szybkość wtrysku w obszarze o dużym przekroju oraz brak kontaktu materiału ze ściankami formy, niezbędnego do laminarnego płynięcia tegoż materiału.

1
Rys. 1

Symulacja wtrysku tworzyw sztucznych

W celu poprawnego odwzorowania wtrysku tworzyw sztucznych należy uwzględnić wszystkie znaczące zjawiska fizyczne zachodzące podczas takiego procesu. Są to między innymi: wymiana temperatury w stanie ustalonym i nieustalonym – opisane równaniami Poissona, Fouriera czy Stefana-Boltzmanna. Termodynamiczne równanie stanu opisane za pomocą drugiej domeny Tait’a p-v-T. Wykresy funkcji p-v-T opisują zależności gęstości materiału w funkcji temperatury i ciśnienia, co pozwala na analizowanie zjawisk zachodzących podczas ochładzania się materiału w formie. Niezbędne jest również poprawne opisanie zachowań reologicznych wypełniającego formę tworzywa. Należy pamiętać, że tworzywa sztuczne wykazują właściwości płynów nienewtonowskich (lepkość w funkcji czasu, w warunkach izobarycznych nie jest wartością stałą). Do opisu tego zjawiska w programie Moldflow została wykorzystana zależność „cross-WLF” (Willam-Landel-Ferry), która łączy w sobie zmiany temperatury, szybkości ścinania i ciśnienia.

 

Cały artykuł dostępny jest w wydaniu marzec/kwiecień 3/4 (162/163) 2021