Po prostu mnie zatkało. Nie wiedziałem co powiedzieć, jak zareagować, gdy usłyszałem taką odpowiedź na moje pytanie. Szymon Zięba prowadził wtedy zajęcia z konstrukcji form wtryskowych na obecnym Wydziale Mechanicznym Technologicznym Politechniki Warszawskiej, a ja po raz pierwszy w życiu narysowałem coś, co później miało być projektem czegoś do formy wtryskowej podobnego.
Z przyczyn taktycznych jako pierwszy zgłosiłem się do konsultacji rysunku i od razu zadałem pytanie. Byłem już na trzecim roku studiów i zdążyłem się nauczyć, że najlepszą obroną jest atak. 😉
- Panie Profesorze, narysowałem już cały układ gniazd i kanały wlewowe. Wszystko policzyłem zgodnie z instrukcją, ale średnica przewężek chyba jest za mała. Jak Pan sądzi? – wyrecytowałem wyraźnie, ale szybko jak lektor z reklamy leków, tak żeby prowadzący nie miał czasu do namysłu
- A Pan będziesz gruz do tej formy wtryskiwał? Przecież to jest dziura po byku! – odpowiedź bez geometrii wykreślnej, równania Fouriera… tak po prostu
To były jedne z najlepszych zajęć, w jakich uczestniczyłem podczas studiów. Większość pozostałych również prowadził Pan Szymon. Pod jego okiem rysowałem, frezowałem, polerowałem i uruchamiałem moje pierwsze formy wtryskowe. Bez niego nie wykonałbym większości badań do doktoratu, a już na pewno nie zainteresowałbym się tak mało modnie brzmiącą specjalnością na studiach magisterskich jak technologie tworzyw sztucznych. Nie byłbym też pewnie przewodniczącym koła naukowego, technologiem, konstruktorem, ani “tworzywowym blogerem”.
A kim jest Szymon Zięba?
“King Bruce Lee Karate Mistrz”
Zakładam, że skoro czytasz tego bloga, to na pewno poznałeś już Pana Szymona, ale jeśli przypadkowo tutaj trafiłeś, szukając przepisu na mazurek pomarańczowy (w końcu mamy już prawie Wielkanoc) i jeszcze tu jesteś, to należy Ci się kilka słów wprowadzenia w postać Szymona Zięby.
Szymon Zięba to prawdziwy inżynier mechanik – przedstawiciel wymierającego już gatunku ludzi, którzy potrafią kreślić trzystumilimetrowe linie proste bez pomocy AutoCADa, a nawet linijki. Po solidnych studiach politechnicznych z przetwórstwa tworzyw sztucznych inż. Zięba pracował na różnych stanowiskach przez kilkadziesiąt lat w Państwowych Zakładach Radiowych im. M. Kasprzaka w Warszawie.
Po zmianie ustrojowej, wrócił na uczelnię, żeby kształcić kadry na nowo rodzącego się przetwórstwa tworzyw w wolnej Polsce. Oprócz tłumaczenia prostym językiem, skomplikowanych zagadnień studentom (takim jak ja), Pan Szymon przez cały czas aktywnie udzielał się w przemyśle. Doradzał, wdrażał, ustawiał, konstruował – zajmował się consultingiem, gdy jeszcze nikt nie wiedział co to jest consulting. Był pierwszym raperem, tak jak Franek Kimono. 😉
W tym czasie powołał do życia wspólnie z Henrykiem Zawistowskim jedno z najpopularniejszych wydarzeń polskiej branży tworzywowej – Sympozjum Techniczne Plastech. Konferencja ta odbywa się do dnia dzisiejszego, a Pan Szymon jest co roku jej gościem honorowym.
Szymon Zięba jest autorem wielu praktycznych artykułów technicznych na temat procesów przetwórstwa, ale najbardziej popularną publikacją jest poradnik “Ustawienie procesu wtryskiwania tworzyw termoplastycznych“, który doczekał się już dwóch wydań i pięciu wznowień.
Obecnie Pan Szymon jest Kierownikiem Laboratorium w Zakładzie Przetwórstwa Tworzyw Sztucznych Politechniki Warszawskiej. Chociaż osiągnął już wiek emerytalny jego licznik dokonań ciągle bije. Przeprowadził już łącznie kilkaset szkoleń i drugie tyle konsultacji z zakresu wtryskiwania i wytłaczania tworzyw polimerowych.
Dziś mam przyjemność przedstawić Ci zapis mojej krótkiej rozmowy z Szymonem Ziębą, którą odbyliśmy tydzień temu – pod koniec pierwszego dnia seminarium Plastech.
Historia zaczyna się wcześniej
Przemek Narowski: Podczas ostatniego wystąpienia powiedział Pan, że wiele osób nie traktuje przeciwciśnienia jako jednego z parametrów procesu. Jak to rozumieć?
Szymon Zięba: Teraz wszyscy przejmują się głównie przepływem tworzywa w formie. Symulacje komputerowe są chyba głównym winowajcą takiego obrotu sprawy. Skoro tak dokładnie można przeanalizować zjawiska zachodzące w formie wtryskowej, to nikt nie pamięta, że tworzywo wpływa do formy już z pewnym bagażem doświadczeń. Jego historia zaczyna się wcześniej – w agregacie plastyfikującym wtryskarki.
Nie zachęcam tutaj do porzucenia symulacji i zabranie się za wyciąganie ślimaka z maszyny – broń Boże! Chciałbym jedynie przypomnieć, że układ uplastyczniania, jako jeden z dwóch podstawowych układów wtryskarki, ma decydujący wpływ na jakość otrzymywanych wyprasek. Dobra jakość wyprasek zależy nie tylko od prawidłowych nastaw parametrów technologicznych, ale także od właściwego wykorzystania możliwości układu uplastyczniania.
Jak pokazuje praktyka, na niektóre zagadnienia związane z prawidłowym wykorzystaniem układu uplastyczniania zaczyna się zwracać uwagę wtedy, gdy pojawiają się problemy z jakością otrzymywanych wyrobów.
Gatunki ślimaka
Przemek Narowski: Na co trzeba zwrócić uwagę, żeby prawidłowo wykorzystywać układ uplastyczniania wtryskarki?
Szymon Zięba: Przede wszystkim należałoby dobrać odpowiedni dla tworzywa ślimak. Zazwyczaj nikt nie wie co dokładnie obraca się w cylindrze maszyny, która stoi na hali. Skoro nikt nie wie, to najprawdopodobniej jest to ślimak standardowy – uniwersalny, do przetwarzania różnorodnych materiałów. Przy pomocy tego ślimaka nie zawsze można uzyskać optymalną wydajność, jednak w dużej ilości przypadków spełnia on wymagania.
Różne tworzywa uplastyczniają się jednak w różny sposób. Mają inne wartości zalecanego czasu przebywania w układzie plastyfikującym. Dlaczego więc stosujemy jeden i ten sam typ geometrii ślimaka dla nich wszystkich? Jedynym wyjaśnieniem jest częsta zmiana przetwarzanego materiału, ale są zakłady, gdzie wtryskuje się zawsze to samo, albo bardzo podobne tworzywo na tej samej maszynie. Mimo tego wykorzystuje się tylko i wyłącznie ślimak uniwersalny.
Jak daleko skaczą ślimaki?
Przemek Narowski: Jak już mamy odpowiednio dobrany ślimak, to czy coś jeszcze musimy sprawdzić?
Szymon Zięba: Kolejnym istotnym zagadnieniem jest skok ślimaka.
Dane techniczne wtryskarek podają jedynie maksymalną objętość skokową. Większe znaczenie z punktu widzenia jakości otrzymywanych wyprasek ma rzeczywista (lub użyteczna) objętość skokowa układu uplastyczniania.
W wielu pozycjach literaturowych często podawana jest zależność ogólna, dotycząca wykorzystania objętości skokowej ślimaka, która określa zakres użyteczny od 1 D do 3D. W wyjątkowych przypadkach wielkość ta może zostać zwiększona do 4D. Natomiast wykorzystanie w zakresie <1D i >4D jest określane jako zdecydowanie niezalecane.
Zalecenia te mają charakter ogólny i mogą być stosowane z pewną dozą bezpieczeństwa do wszystkich tworzyw. Jednakże w praktyce nie można stwierdzić jednakowego zachowania się wszystkich tworzyw w wyniku poddawania ich obciążeniom termicznym. Dlatego też zalecenia szczegółowe wyglądają nieco inaczej, zwłaszcza w odniesieniu do tworzyw o większej odporności termicznej.
Najkrótszy skok
Przemek Narowski: W jaki sposób określa się konkretne wartości tych zaleceń szczegółowych?
Szymon Zięba: Dolna granica użytecznej objętości skokowej jest określona przez:
- dokładność reagowania i wykonania zaworu zwrotnego (czynniki te określają powtarzalność jakości wypraski),
- stabilność termiczną przetwarzanego tworzywa.
Istotny wpływ na jakość wypraski wywierają (zwłaszcza przy małych ciężarach wtrysku) wahania krańcowego położenia dozowania, oraz punktu przełączenia na docisk. Nawet niedokładności pozycji wynoszące zaledwie 0,2 mm powodują odchylenie ciężaru wtrysku o około 2%. Prowadzi to do powstawania wad wyprasek w postaci przeładowanych lub nawet przetryśniętych części.
Dla tworzyw odpornych na wysokie temperatury i w przypadku ślimaków o skoku maks. od 4,5D do 5D można za minimalną wartość skoku ślimaka przyjąć około 0,5D lub 10% maksymalnej objętości skokowej. Dla pozostałych przyjmuje się zazwyczaj 1D (lub nawet więcej – dla niektórych tworzyw podczas uplastyczniania w niesprzyjających warunkach).
Najdłuższy skok
Górna granica użytecznej objętości skokowej określona jest przez:
- jakość uplastycznionego tworzywa,
- jakość energii cieplnej dostarczanej w trakcie uplastyczniania.
Wykorzystywanie górnego zakresu objętości skokowej wywiera negatywny wpływ na jakość wyprasek. Długa droga dozowania oznacza zredukowanie skutecznej długości ślimaka, oraz zmniejszony udział przenoszenia ciepła i tarcia potrzebnych do stopienia granulatu. W konsekwencji powstaje nierównomierny profil temperatury na długości ślimaka, a sam proces staje się niestabilny. Górny zakres skoku ślimaka wynosi 3D do 4D (lub 65% do 90%) maksymalnego skoku ślimaka (przy maks. skoku ślimaka 4,5 D do 5D oraz przy długości ślimaka 20 D).
Zalecane obciążenie skoku zmienia się zależnie od czasu cyklu, tzn. od czasu przebywania tworzywa w cylindrze ślimaka i powinno wynosić odpowiednio:
- dla produkcji szybkobieżnej (głównie cienkościennych opakowań) skok ślimaka od 0,5D do 1,5D;
- przy produkcji wyrobów o krótkim czasie cyklu skok ślimaka (zależnie od tworzywa) od 0,5 D do 2D;
- dla produkcji wyrobów o stosunkowo długim czasie cyklu (zależnie od tworzywa) od 1,5D do 4.
Z konstrukcyjnego punktu widzenia nie ma przeszkód, aby zwiększyć skoki ślimaków nawet do 6D. Rozwiązania takie były stosowane w niektórych wtryskarkach japońskich i włoskich. Ze względu jednak na negatywne wyniki jakościowe (stosunkowo duża niejednorodność stopu w stosunku do skoku 3D), nie zyskały większego uznania.
