Koncept vstřikovací formy pro vysoce plněné polymery

Abstract

Dizertační práce se zabývá koncepcí návrhu vstřikovacích forem pro vysoce plněné polymerní taveniny s důrazem na materiály pro práškové vstřikování (tzv. PIM technologii), kde se design nástrojů částečně liší v porovnání s požadavky pro vstřikování termoplastů. První část práce je věnována fázové separaci, která vzniká během vstřikování vysoce plněných polymerních tavenin. Vstřikovací forma pro kvantifikaci fázové separace, jejíž konstrukci navrhla výzkumná skupina pro PIM na UTB ve Zlíně, byla podrobena tokové analýze (Moldflow). Získaná materiálová data pro výpočet viskozity, měrné tepelné kapacity a tepelné vodivosti byla implementována do simulace založené na viskozitním modelu Crosse. K predikci změny viskozity v závislosti na teplotě byl využit Williams-Landel-Ferry model. Z výsledků simulací byl odvozen návrh nové testovací geometrie. K detekci fázové separace na reálných PIM vzorcích na bázi nerezové ocele byla využita počítačová tomografie. Bylo zjištěno, že fázová separace je úzce spjata s gradienty rychlosti smykové deformace. Jelikož jsou tyto gradienty doprovázeny změnou teploty, byla lokalizovaná kritická místa formy osazena infračervenými senzory pro měření teploty taveniny. Data získaná z měření byla porovnána s průběhy teploty během simulace procesu a statisticky vyhodnocena. Druhá část práce pojednává o standardním problému během vstřikování - studeném spoji, což je v případě vysoce plněných polymerů (v důsledku nedostatečné difuze čel taveniny v místě studeného spoje) jeden z vážných problémů doprovázejících jejich zpracování. Pro prodloužení doby pro formování polymerních zapletenin byly použity vložky vstřikovací formy s různou tepelnou vodivostí (měď, hliník, bronz, epoxidová pryskyřice, epoxidová pryskyřice plněná hexagonálním nitridem bóru a akrylátová vložka z 3D tiskárny). V práci je statisticky podloženo, že v případě vysoce plněných polymerů na bázi tzv. WPC kompozitů, studené spoje mají značný vliv na pevnost, zatímco PIM směsi nevykazují žádnou závislost. V případě PIM materiálů však přítomnost studeného spoje zkracuje tokovou dráhu, což může vést k časové úspoře během vstřikovací fáze procesu.