Важность измерения и распределения времени пребывания полимера в материальном цилиндре. Часть 2.
Каждая молекула в готовой отливке может иметь разное время пребывания. Подобное свойство отражается на графике распределения времени пребывания, построение которого описано ниже.
В первой части статьи, посвященной данному явлению, мы обсуждали теорию времени пребывания и варианты его расчета, а также рассмотрели широко применяемую формулу и практический метод его определения. В данной части мы сосредоточимся на распределении времени пребывания.
Подсчет фактического времени пребывания осложняется его распределением. Ведь функция шнека – это не просто подача материала к головной части цилиндра, но и смешение молекул полимера и присадок между собой до получения однородного расплава для дальнейшего литья.
В ходе эксперимента в материальный цилиндр добавляли гранулы красного цвета и последовательно собирали отливки. Вкрапления красного цвета появились уже на третьем цикле и распространились в общей сложности на пять. Для наших расчетов мы использовали показатель двух с половиной циклов, так как примерно половина детали окрашена. Таким образом, молекулы одной гранулы, которая весила 0,18 г, были распределены на пять впрысков, общая масса которых составляла 147,51 г. Другими словами, введение 0,12% красителя привело к распределению цвета по пяти циклам, что свидетельствует о довольно эффективном смешивании.
Кроме того, результаты эксперимента указывают на то, что есть молекулы, которые находились в материальном цилиндре около двух с половиной циклов, а некоторые - пять циклов. Время цикла для этой пресс-формы составляет 25 секунд, а значит молекула, попадающая в загрузочную горловину, может находиться внутри цилиндра в течение примерно 62–125 секунд. Таким образом, существует некое распределение времени, и не существует конкретного значения времени, которое мы могли бы рассматривать как время пребывания. Этот диапазон и называется распределением времени пребывания и графически отображен на рисунке 1.
Рис. 1. В ходе эксперимента гранула красного красителя была добавлена в материальный цилиндр, цвет проявился на отливках третьего цикла и присутствовал в общей сложности на отливках пяти циклов.
Одинаковые изделия, один цикл, разное время пребывания.
Хорошая новость заключается в том, что это распределение неравномерно, и для большинства молекул время пребывания находится на нижней границе, ведь, как мы видим, количество молекул на хвосте кривой распределения значительно меньше, чем на пике. Они также смешиваются с большим количеством материала с меньшим временем пребывания, что помогает сохранить свойства полимера.
Если рассмотреть изделия, которые мы обсуждали в первой части статьи и которые также имели время цикла 25 секунд, то в одной отливке будет содержаться материал, время пребывания которого составляет 62 секунды, и большое количество полимера с временем пребывания 75 секунд, а в отливках последующих трех циклов будет содержаться материал со временем пребывания 100, 125 и 150 секунд, но его количество будет сокращаться.
Цифра 62 - это приблизительная величина, основанная на предположении, что половина детали имеет цвет. Очевидно, что есть доля материала, в котором совсем нет примеси цвета, в отличие от материала последующих циклов, содержащего молекулы с максимальным временем пребывания (хвост кривой распределения). Упомянутые выше числа - это произвольные числа, которые были выбраны для демонстрации варианта распределения времени пребывания. На самом же деле это непрерывное распределение, как показано на рисунке 2.
Рис. 2. В отливках одного цикла будет содержаться разное количество молекул с одинаковым временем пребывания.
Тема времени пребывания сложна, но ее необходимо рассматривать и учитывать, ведь она играет важную роль. Наиболее распространенный метод расчета времени пребывания представлен ниже в виде формулы, которая является эффективной и практичной:
Время пребывания = Количество впрысков в цилиндре × Время цикла
где количество впрысков в цилиндре = максимальная масса впрыска/массу одного впрыска для данного изделия.
В описанном выше эксперименте мы использовали ПС плотностью 1,06 г/см3. Емкость материального цилиндра составляет 100 г, то есть ТПА способен осуществить впрыск 100г полистирола. Однако, если используется не ПС, а ПБТ с плотностью 1,33 г/см3, то тот же объем цилиндра будет иметь больший вес, а, следовательно, вместимость цилиндра в граммах для ПБТ будет выше. Таким образом,
Масса впрыска для материала A = (Масса впрыска для ПС ÷ 1,06) × Плотность материала A
В случае с ПБТ это будет:
Масса впрыска для ПБТ = (100 ÷ 1,06) × 1,33 = 125,47г
Для корректного подсчета всегда необходимо определять сначала массу впрыска для конкретного используемого полимера. Как вариант можно переводить массу впрыска для выбранного материала в массу впрыска по ПС.
Пресс-формы с горячеканальной системой.
Если рассматриваемая пресс-форма оснащена горячеканальной системой, то время пребывания в системе должно быть добавлено к времени пребывания в цилиндре. Изготовители горячеканальных систем могут предоставить данные об объеме системы, а умножив объем на плотность расплава полистирола, получим вес полистирола в коллекторе. Плотность расплава составляет 0,945 г/см3. Как и в приведенных выше расчетах, для получения количества впрысков, на которое будет достаточно материала, находящегося в коллекторе, нужно разделить общую массу материала в коллекторе на массу одного впрыска.
Если получение информации от производителя ГКС затруднено, то возможно самостоятельно рассчитать этот объем, добавив одну гранулу темного цвета в отверстие сопла. Выждать некоторое время, чтобы дать возможность грануле расплавиться, а убедившись, что она расплавлена, запустить цикл и по аналогии с описанным выше отсчитывать количество циклов до появления цвета на отливках.
Примечание. Пожалуйста, будьте предельно осторожны при проведении вышеописанных манипуляций, обязательно надевайте термостойкие перчатки, одежду с длинными рукавами, защитные очки и другое необходимое защитное оборудование.
