Pamiętam jak moja siostra uporczywie ćwiczyła słowa przysięgi małżeńskiej w dzień swego ślubu. Zapytałem się jej po co to robi. Przecież to jest raptem jedno zdanie, zresztą i tak powtarzane za kapłanem. “Bo na pewno się pomylę i powiem, że go nie dopuszczę, albo że mu nie odpuszczę aż do śmierci. Muszę to wyryć na blachę!” Usłyszałem w odpowiedzi.
Ja mam podobnie przed każdym wystąpieniem naukowym, w którym mówię o temperaturze – wszystko jedno jakiej. Nie raz uświadamiano mnie, że źle używam tego słowa. Niby wiem, że różne wartości temperatury, to są po prostu różne wartości, a nie różne temperatury i słowo temperatura zazwyczaj jest używane w liczbie pojedynczej, a w liczbie mnogiej ma charakter raczej potoczny, ale zawsze się pomylę.
Moja siostra też się pomyliła. 😉
Temperatura wtrysku
Jest to temperatura uplastycznianego i podawanego cyklicznie tworzywa znajdującego się przed czołem ślimaka. Zależna od niej płynność (lepkość) tworzywa musi umożliwić wypełnienie gniazda formy z zadaną prędkością. Temperatura ta jest parametrem wynikowym oddziaływania wszystkich parametrów procesu uplastyczniania. W warunkach produkcyjnych powinna być kontrolowana w sposób bezpośredni przy każdym wznowieniu produkcji.
Tak “mówi książka”. Ja jeszcze dodam od siebie, że powinna być to możliwie najniższa temperatura, przy której produkujemy spełniające kryteria jakościowe wypraski. Często nazywana jest “temperaturą stopu”, co ma sens jedynie przy wtryskiwaniu metali, bo tworzywa polimerowe zazwyczaj stopami nie są. 😉
Moim zdaniem jest to najważniejsza temperatura w całym procesie wtryskiwania – “Królowa Temperatur”. Wiele innych parametrów procesu i cech jakościowych wypraski od tej temperatury właśnie zależy. Mimo to, w warunkach produkcyjnych bardzo często nie znamy jej wartości. Odpalamy maszynę, wczytujemy program i jazda! Potem się dziwimy, że przecież wczoraj na tym samym programie ciśnienie wtrysku było inne i części mniej zdeformowane, ale czy temperatura wtrysku też była taka sama? Ustawienia są takie same, ale różnice między nastawami temperatury cylindra a rzeczywistą temperaturą tworzywa mogą sięgać nawet 100°C. Czy to jest dużo? Tutaj pokazałem różnicę w wartościach ciśnienia wtrysku w punkcie przełączenia na docisk otrzymanych z symulacji, przy różnicy w temperaturze tworzywa równej 42°C (max 127 MPa min 88,5 MPa).
Czyli, tak jak to jest napisane dwa akapity wcześniej temperaturę wtrysku trzeba po prostu mierzyć, ale jak i jaka powinna być ta temperatura?
Wartość
Tutaj odpowiedź wydaje się stosunkowo prosta. Wartość temperatury wtrysku powinna mieścić się zakresie podanym w karcie materiałowej konkretnego tworzywa. Nie należy stosować się do “prawideł” dla PS, PP czy innych grup materiałów. Nasze tworzywo, chociaż w nazwie ma PP może mieć zalecaną wartość wtrysku zupełnie inną niż te podane w poradnikach dla polipropylenu, ze względu na zastosowane dodatki, “eko-pochodzenie” i aromat zgodny z naturalnym. 😉
Zalecany zakres wartości temperatury wtrysku powinien nam podać dostawca tworzywa. Jak nie podał, to zawsze można poszukać konkretnego materiału w bazach internetowych (np. tutaj), a w ostateczności skorzystać z poradnikowych zakresów. Odwrotna kolejność postępowania może nas sporo kosztować.
Pomiar
To już nie jest takie proste i oczywiste. Ile ludzi, tyle jest na to pomysłów. Tutaj znowu się muszę odwołać to mojego poprzedniego wpisu, gdzie znajdziesz wykresy słupkowe z porównaniem wartości średniej z pomiarów różnymi urządzeniami, jak również szerokość rozrzutu tych pomiarów. Najkorzystniej wygląda na nich pomiar kamerą termowizyjną i termoparą umieszczoną bezpośrednio w dyszy cylindra (najmniejszy rozrzut). Okazuje się jednak, że to odczyt z kamery jest najbliższy rzeczywistości. Odczyty z czujnika umieszczonego w dyszy są mocno zaburzone przez temperaturę samej dyszy i jej grzałki. Poza tym, trzeba by każdą wtryskarkę w taki czujnik wyposażyć, a z kamerą wszędzie pójdziemy. Dlatego teraz skupimy się na sposobie pomiaru temperatury wtrysku za pomocą kamery termowizyjnej, ale jeśli masz do dyspozycji tylko ręczny czujnik temperatury to opis jak z niego korzystać znajdziesz tutaj.
Procedura pomiaru kamerą termowizyjną
Po nastawieniu wartości temperatury cylindra włącz grzałki, ale w takiej kolejności, aby zapewnić w miarę równomierne nagrzewanie się cylindra. Jeśli “odpalisz” wszystkie naraz, to zapewne dysza nagrzeje się w jakieś 15 min i będzie czekać na resztę przez następne pół godziny. Po co bez sensu zużywać prąd z tak cennego dziś kolumbijskiego węgla i przegrzewać, to co jeszcze w dyszy zostało z ostatniej produkcji.
Cofnij ślimak o jakieś ~50 mm i zrób wtrysk “na sucho”. Potem dopiero włącz obroty ślimaka i zadozuj tworzywo do przetrysku. Podczas kolejnych przetrysków szukaj najlepszej pozycji dla kamery. W kadrze nie powinny być elementy o wyższej temperaturze niż wytryskiwane tworzywo (dysza cylindra, grzałki itd.). Pozwól kamerze na autokalibrację przez następnych kilka przetrysków. Ustaw ostrość i współczynnik emisyjności na 0,95.
Po starcie produkcji odczekaj kolejne 20 cykli i dokonaj pomiaru. Pamiętaj, że musisz filmować strugę tworzywa wypływającego bezpośrednio z dyszy wtryskarki. Kamera termowizyjna mierzy temperaturę powierzchni, więc robienie zdjęć “krowiego placka” na kartonie lub tacce nie ma sensu. Powierzchnia tworzywa zdąży już wtedy wystygnąć.
Odczytaj maksymalną temperaturę ze zdjęcia. Jest to zazwyczaj domyślnie podawana na wyświetlaczu wartość (tak jak na zdjęciu poniżej). Zrób przynajmniej 5 kolejnych pomiarów. Różnica wyników nie powinna być większa niż 5-10°C.
Badania prowadzone przez AIM potwierdzają dokładność tego typu pomiarów na poziomie 5°C. Co w stosunku do dokładności ręcznym czujnikiem temperatury (ok. 30°C) jest bardzo dobrym wynikiem. Należy jednak pamiętać, że tego typu pomiaru nie robi się smartfonem, a sprzęt odpowiedniej klasy odpowiednio kosztuje. To jest jednak temat na zupełnie inny wpis.
Inne metody
Jak już mówiliśmy pomiar temperatury wtrysku przy pomocy kamery termowizyjnej daje nam stosunkowo najwyższą dokładność w porównaniu do innych metod uniwersalnych (uniwersalnych, bo kamerą, pirometrem, ręcznym czujnikiem ze zmienna końcówką pomiarową zmierzymy też na przykład temperaturę powierzchni formy). Istnieją też rozwiązanie dedykowane (mnie popularne) do pomiaru tylko temperatury wtrysku. Jednym z nich jest MTMS.
MTMS (Melt Temperature Measurement System) składa się z kilku komponentów dostarczanych w jednej walizce. Końcówkę pomiarową montuje się za pomocą magnesu na tulei wtryskowej formy, a sam pomiar jest realizowany podczas cyklu. Nie jest to zatem przetrysk, podczas którego prędkość wtryskiwania bywa znacząco inna od tej podczas procesu. Dzięki temu pomiar jest bardzo dokładny (3-5°C) i odpowiadający realnym warunkom. To jest rzeczywiście temperatura wtrysku, a nie przetrysku.
Sprzęt nie jest zbyt tani (ale wciąż tańszy od porządnej kamery termowizyjnej), bo kosztuje ponad $1000 i w odróżnieniu np. od kamery termowizyjnej nadaje się tylko do pomiaru temperatury wtrysku. Jest też dość delikatny. Nie można go stosować w przetwórstwie tworzyw wzmocnionych duża ilością włókien szklanych itp., oraz przy dużych ciśnieniach wtryskiwania (producent nie podaje co to znaczy duże, a ja wolałbym nie sprawdzać tego dokładnie). 😉 Końcówka pomiarowa ulega też zużyciu i trzeba ją wymieniać po każdym pomiarze.
Wnioski
- Temperatura wtryskiwanego do formy tworzywa to jeden z najistotniejszych parametrów procesu.
- Powinna mieścić się w zakresie podanym przez producenta tworzywa.
- Należy ją kontrolować (mierzyć i ustawiać).
- Najdokładniejszymi metodami pomiaru są:
- kamera termowizyjna (rozwiązanie uniwersalne)
- MTMS (rozwiązanie specjalne)
Mam nadzieję, że liczba popełnionych przeze mnie w tym artykule błędów językowych związanych ze słowem temperatura jest porównywalna z dokładnością pomiaru wyżej wymienionych metod. 😉
