คู่มือการฉีดขึ้นรูป PE: กระบวนการผลิตและคุณสมบัติของ LDPE และ HDPE

การฉีดขึ้นรูปโพลีเอทิลีนเป็นหนึ่งในวิธีการแปรรูปพอลิเมอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในอุตสาหกรรมการผลิตสมัยใหม่ เนื่องจากโพลีเอทิลีนเป็นเทอร์โมพลาสติกกึ่งผลึกที่มีคุณสมบัติการไหลที่ดีเยี่ยม จึงเหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย

การทำความเข้าใจพฤติกรรมการแปรรูปของวัสดุนี้เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการผลิตชิ้นส่วนที่มีคุณภาพสม่ำเสมอและลดข้อบกพร่องให้น้อยที่สุด โดยหลักแล้ว PE มีให้เลือกสองเกรด: โพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (LDPE) และโพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE)โดยแต่ละวิธีมีข้อกำหนดในการประมวลผลที่แตกต่างกัน ซึ่งได้อธิบายไว้ในคู่มือนี้แล้ว

ลักษณะเฉพาะของการขึ้นรูปด้วยการฉีดขึ้นรูป PE

ไม่ต้องอบแห้งล่วงหน้า

โพลีเอทิลีนมีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำสูง โดยมีการดูดซับความชื้นต่ำกว่า 0.01% แตกต่างจากเรซินที่ดูดซับความชื้นได้ดี เช่น ไนลอนหรือโพลีคาร์บอเนต โพลีเอทิลีนสามารถป้อนเข้าเครื่องฉีดขึ้นรูปได้โดยตรงโดยไม่ต้องอบแห้งก่อน ซึ่งช่วยประหยัดพลังงานและลดเวลาในการเตรียมการผลิต

การไหลของเนื้อหลอมที่ดีเยี่ยมและแรงดันการฉีดต่ำ

โครงสร้างโมเลกุลที่ยืดหยุ่นและแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่อ่อนแอของโพลีเอทิลีน ทำให้ได้วัสดุหลอมเหลวที่มีความหนืดต่ำและไหลได้ดีเยี่ยม คุณสมบัตินี้ช่วยให้วัสดุสามารถเติมเต็มช่องว่างที่มีผนังบางและทางเดินการไหลยาวได้โดยไม่ต้องใช้แรงดันฉีดสูงเกินไป ซึ่งโดยทั่วไปอยู่ในช่วง 50–100 MPa นอกจากนี้ วัสดุหลอมเหลวของ PE ยังแสดงพฤติกรรมที่ไม่เป็นไปตามกฎของนิวตันอย่างอ่อน อัตราการเฉือนและความผันผวนของอุณหภูมิภายในช่วงการประมวลผลปกติมีผลกระทบต่อความหนืดค่อนข้างน้อย ทำให้การฉีดขึ้นรูป PE เป็นกระบวนการที่ยืดหยุ่นจากมุมมองทางด้านรีโอโลยี

การหดตัวสูงและการบิดเบี้ยวตามทิศทาง

การหดตัวเป็นหนึ่งในความท้าทายที่สำคัญที่สุดใน การฉีดขึ้นรูป PEโพลีเอทิลีนหดตัวอย่างมาก โดย LDPE หดตัวประมาณ 1.22% และ HDPE หดตัวประมาณ 1.5% และการหดตัวนี้เป็นแบบไม่สมมาตร คือแตกต่างกันระหว่างทิศทางการไหลและทิศทางขวาง พฤติกรรมตามทิศทางนี้ทำให้การบิดเบี้ยวเป็นปัญหาสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับชิ้นส่วนแบนหรือชิ้นส่วนที่ไม่สมมาตร ความสม่ำเสมอของการระบายความร้อนของแม่พิมพ์มีผลกระทบโดยตรงและอย่างมากต่อความสม่ำเสมอของการหดตัว ดังนั้นการระบายความร้อนที่สม่ำเสมอและคงที่จึงเป็นสิ่งจำเป็น

ความเป็นผลึก การระบายความร้อน และคุณสมบัติของชิ้นส่วน

เนื่องจาก PE เป็นพอลิเมอร์ผลึก คุณสมบัติทางกลของมันจึงขึ้นอยู่กับกระบวนการตกผลึกในระหว่างการเย็นตัวเป็นอย่างมาก อุณหภูมิแม่พิมพ์ที่สูงขึ้นจะทำให้ความเร็วในการเย็นตัวช้าลง ส่งผลให้ชิ้นส่วนที่ได้มีผลึกมากขึ้น ซึ่งหมายถึงความแข็งและความแข็งแรงที่สูงขึ้น แต่ก็แลกมาด้วยการหดตัวที่มากขึ้นและเวลาในการผลิตที่ยาวนานขึ้น นอกจากนี้ อุณหภูมิแม่พิมพ์ต้องคงที่สม่ำเสมอทั่วทั้งช่องแม่พิมพ์ ความแตกต่างของอุณหภูมิจะส่งผลให้เกิดการหดตัวและการบิดเบี้ยวที่ไม่สม่ำเสมอ ยิ่งไปกว่านั้น PE ที่หลอมเหลวจะเย็นตัวลงช้าโดยรวม ดังนั้นแม่พิมพ์จึงต้องมีระบบระบายความร้อนที่แข็งแรง และชิ้นส่วนต้องอยู่ในช่องแม่พิมพ์นานพอที่จะแข็งตัวอย่างสมบูรณ์ก่อนที่จะนำออกจากแม่พิมพ์

การทำให้เป็นพลาสติก การออกซิเดชัน และความเสถียรทางความร้อน

แม้ว่าจุดหลอมเหลวของ PE จะไม่สูงมากนัก แต่ก็มีค่าความจุความร้อนจำเพาะค่อนข้างสูง ซึ่งหมายความว่าต้องใช้พลังงานความร้อนในกระบอกรีดที่เพียงพอเพื่อให้เกิดการอ่อนตัวอย่างมีประสิทธิภาพ ในสถานะหลอมเหลว PE มีความเสี่ยงต่อการเสื่อมสภาพจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน การสัมผัสกับออกซิเจนเป็นเวลานานจะทำให้เกิดการเปลี่ยนสีและน้ำหนักโมเลกุลลดลง

ดังนั้นจึงควรหลีกเลี่ยงการคงสภาพชิ้นงานไว้นานเกินไปที่อุณหภูมิสูง ในทางกลับกัน โพลีเอทิลีน (PE) มีความเสถียรทางความร้อนที่อุณหภูมิต่ำกว่าประมาณ 300 องศาเซลเซียส ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเล็กน้อยภายในช่วงอุณหภูมิการประมวลผลปกติจึงไม่ส่งผลกระทบต่อคุณภาพของชิ้นงานอย่างมีนัยสำคัญ

การเลือกเกตและการดีดชิ้นส่วน

การออกแบบประตูมีอิทธิพลอย่างมากต่อความสม่ำเสมอของความเค้นภายในและการหดตัวในวัสดุ ชิ้นส่วนขึ้นรูปโพลีเอทิลีนทางเข้าฉีดพลาสติกโดยตรงมักจะเพิ่มความเค้นตกค้างและทำให้การบิดเบี้ยวในทิศทางต่างๆ แย่ลง ดังนั้นทางเข้าฉีดพลาสติกแบบพัดหรือแบบหมุดที่อยู่ห่างจากขนาดที่สำคัญจึงมักเป็นที่นิยมมากกว่า ในส่วนของการดีดออก ชิ้นส่วน PE ค่อนข้างอ่อนและถอดออกจากแม่พิมพ์ได้ง่าย รอยบากตื้นๆ มักจะสามารถถอดออกได้ด้วยแรงโดยไม่ต้องใช้กลไกด้านข้างหรือแกนที่ยุบได้

พารามิเตอร์การประมวลผลหลัก

สามพารามิเตอร์เป็นตัวกำหนดแก่นแท้ของสิ่งใดๆ โพลีเอทิลีนการฉีดขึ้นรูปการตั้งค่า: อุณหภูมิกระบอกสูบ อุณหภูมิแม่พิมพ์ และแรงดันการฉีด การตั้งค่าเหล่านี้ให้ถูกต้องเป็นพื้นฐานของการผลิตที่สม่ำเสมอและปราศจากข้อบกพร่อง

อุณหภูมิถัง

อุณหภูมิของกระบอกฉีดต้องสูงกว่าจุดหลอมเหลวของ PE อย่างน้อย 10℃ เพื่อให้แน่ใจว่าโครงสร้างผลึกถูกทำลายอย่างสมบูรณ์ การไล่ระดับอุณหภูมิจากด้านหลังไปด้านหน้าเป็นวิธีปฏิบัติมาตรฐาน:

• LDPE: 140–200℃ (บริเวณด้านหลังอยู่ที่ปลายด้านล่าง หัวฉีดอยู่ที่ปลายด้านบน)
• เอชดีพีอี: ประมาณ 220℃ โดยมีค่าความต่างศักย์จากด้านหลังไปด้านหน้าเท่ากัน

อัตราการไหลของเรซินหลอมเหลว (MFR) รูปทรงของสกรู และความซับซ้อนของชิ้นส่วน ล้วนมีอิทธิพลต่อตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุดของจุดตั้งค่าภายในช่วงเหล่านี้

อุณหภูมิแม่พิมพ์

อุณหภูมิของแม่พิมพ์เป็นปัจจัยหลักในการควบคุมความเป็นผลึก คุณภาพพื้นผิว และการหดตัวในการฉีดขึ้นรูปพลาสติก PE อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะส่งเสริมความเป็นผลึกและความแข็งแรงของชิ้นงาน แต่จะเพิ่มการหดตัวและเวลาในการผลิต ในทางกลับกัน อุณหภูมิที่ต่ำลงจะให้ผลตรงกันข้าม

• LDPE: 30–45℃
• เอชดีพีอี: 40–65℃ (โดยทั่วไปสูงกว่า LDPE ประมาณ 10–20℃)

การกระจายอุณหภูมิอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งโพรงแม่พิมพ์มีความสำคัญพอๆ กับจุดตั้งค่าที่แน่นอน จุดร้อนหรือจุดเย็นจะส่งผลโดยตรงต่อการหดตัวและการบิดเบี้ยวที่ไม่เท่ากัน

แรงดันการฉีด

คุณสมบัติการไหลที่ดีเยี่ยมของ PE หมายความว่าแรงดันการฉีดที่ค่อนข้างต่ำก็เพียงพอสำหรับการใช้งานส่วนใหญ่ โดยทั่วไปอยู่ที่ 50–100 MPa ชิ้นส่วนที่มีผนังหนาและรูปทรงเรขาคณิตที่เรียบง่ายสามารถใช้แรงดันที่ต่ำกว่าในช่วงนี้ได้ ในขณะที่ชิ้นส่วนที่มีผนังบางหรือมีทางเดินการไหลที่ซับซ้อนอาจต้องใช้แรงดันใกล้เคียง 100 MPa ควรหลีกเลี่ยงแรงดันที่สูงเกินไปหากรูปทรงเรขาคณิตเอื้ออำนวย เนื่องจากจะเพิ่มความเสี่ยงต่อการเกิดฟองอากาศ การอัดแน่นเกินไป และความเครียดตกค้าง

LDPE เทียบกับ HDPE — ข้อมูลอ้างอิงฉบับย่อ

พารามิเตอร์	LDPE	เอชดีพีอี
อุณหภูมิถัง	140–200℃	~220℃
อุณหภูมิแม่พิมพ์	30–45℃	40–65℃
แรงดันการฉีด	50–100 เมกะปาสคาล	50–100 เมกะปาสคาล
อัตราการหดตัว	~1.22%	~1.5%
ต้องทำการอบแห้งก่อนใช้งาน	เลขที่	เลขที่
การดูดซับความชื้น

 

บทสรุป

การฉีดขึ้นรูปโพลีเอทิลีนการควบคุมกระบวนการอย่างระมัดระวังจะให้ผลตอบแทนที่ดี คุณสมบัติการไหลที่ดีเยี่ยมและความไวต่อความชื้นต่ำของ PE ทำให้เป็นวัสดุที่หาได้ง่าย แต่การหดตัวสูง แนวโน้มการบิดเบี้ยวตามทิศทาง และความไวต่ออุณหภูมิของแม่พิมพ์ ทำให้ต้องให้ความสนใจอย่างมีระเบียบวินัยในการตั้งค่าและการออกแบบแม่พิมพ์

ไม่ว่าจะทำงานกับ LDPE หรือ HDPE ความสำเร็จขึ้นอยู่กับการควบคุมอุณหภูมิหลอมเหลว อุณหภูมิแม่พิมพ์ และความสม่ำเสมอในการระบายความร้อน ซึ่งเป็นสามเสาหลักของความสม่ำเสมอ โพลีเอทิลีน การฉีดขึ้นรูปโปรดติดตาม LVMA เราจะอัปเดตข้อมูลเป็นประจำเพื่อช่วยให้คุณเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการฉีดขึ้นรูปพลาสติก