مقدمة: يُعدّ التشكيل بالحقن العملية الأساسية في صناعة مواد تغليف مستحضرات التجميل. وغالبًا ما تكون هذه العملية هي الأولى، إذ تُحدد بشكل مباشر جودة المنتج وإنتاجيته. يجب أن يُراعي إعداد عملية التشكيل بالحقن سبعة عوامل، هي: الانكماش، والسيولة، والتبلور، والبلاستيك الحساس للحرارة والبلاستيك سهل التحلل المائي، وتشققات الإجهاد وكسر المادة المنصهرة، والأداء الحراري ومعدل التبريد، وامتصاص الرطوبة. هذا المقال من تأليفباقة قوس قزح شنغهايشارك المحتوى ذي الصلة بهذه العوامل السبعة، ليكون مرجعاً لأصدقائك في سلسلة توريد Youpin:
قولبة الحقن
التشكيل بالحقن، أو ما يُعرف أيضًا بالقولبة بالحقن، هو أسلوب تشكيل يجمع بين الحقن والقولبة. يتميز هذا الأسلوب بسرعة الإنتاج العالية، وكفاءته العالية، وإمكانية أتمتة العمليات، وتنوع الألوان، وإمكانية إنتاج أشكال تتراوح من البسيطة إلى المعقدة، وأحجام متنوعة من الكبيرة إلى الصغيرة، مع دقة عالية في حجم المنتج، وسهولة تحديثه، وإمكانية تصنيعه بأشكال معقدة. تُعدّ القطع والقولبة بالحقن مناسبة للإنتاج الضخم ومجالات معالجة القوالب، مثل المنتجات ذات الأشكال المعقدة. عند درجة حرارة معينة، يتم تقليب المادة البلاستيكية المنصهرة تمامًا بواسطة لولب، ثم تُحقن في تجويف القالب تحت ضغط عالٍ، وتُبرّد وتتصلّب للحصول على المنتج المصبوب. يُعدّ هذا الأسلوب مناسبًا للإنتاج الضخم للقطع ذات الأشكال المعقدة، وهو من أهم أساليب المعالجة.
01
انكماش
العوامل المؤثرة على انكماش القوالب الحرارية هي كما يلي:
1) أنواع البلاستيك: أثناء عملية تشكيل البلاستيك الحراري، تحدث تغيرات في الحجم نتيجة التبلور، والإجهاد الداخلي الشديد، والإجهاد المتبقي الكبير في الأجزاء البلاستيكية، والتوجه الجزيئي القوي، وغيرها من العوامل. لذلك، بالمقارنة مع البلاستيك المتصلد حرارياً، يكون معدل الانكماش أكبر، ونطاق الانكماش أوسع، والاتجاه واضح. بالإضافة إلى ذلك، يكون الانكماش بعد التشكيل أو التلدين أو المعالجة بالرطوبة أكبر عموماً من انكماش البلاستيك المتصلد حرارياً.
٢) خصائص الجزء البلاستيكي. عند ملامسة المادة المنصهرة لسطح التجويف، تبرد الطبقة الخارجية فورًا لتشكل غلافًا صلبًا منخفض الكثافة. ونظرًا لضعف التوصيل الحراري للبلاستيك، تبرد الطبقة الداخلية للجزء البلاستيكي ببطء لتشكل طبقة صلبة عالية الكثافة ذات انكماش كبير. لذلك، يزداد انكماش سمك الجدار، وبطء التبريد، وسمك الطبقة عالية الكثافة.
بالإضافة إلى ذلك، يؤثر وجود أو عدم وجود الحشوات، وتصميمها وعددها، بشكل مباشر على اتجاه تدفق المادة، وتوزيع الكثافة، ومقاومة الانكماش. لذا، فإن خصائص الأجزاء البلاستيكية لها تأثير أكبر على الانكماش والاتجاه.
3) تؤثر عوامل مثل شكل وحجم وتوزيع مدخل التغذية بشكل مباشر على اتجاه تدفق المادة، وتوزيع الكثافة، والحفاظ على الضغط، وتأثير الانكماش، ووقت التشكيل. تتميز منافذ التغذية المباشرة ومنافذ التغذية ذات المقاطع العرضية الكبيرة (خاصةً المقاطع العرضية السميكة) بانكماش أقل ولكن بتوجيه أكبر، بينما تتميز منافذ التغذية الأقصر ذات العرض والطول الأقل بتوجيه أقل. أما المنافذ القريبة من مدخل التغذية أو الموازية لاتجاه تدفق المادة فتتقلص بشكل أكبر.
4) ظروف التشكيل: تكون درجة حرارة القالب مرتفعة، ويبرد المعدن المنصهر ببطء، وتكون كثافته عالية، مما يؤدي إلى انكماش كبير. ويكون الانكماش أكبر بشكل خاص في حالة المواد البلورية نظرًا لارتفاع درجة تبلورها وتغير حجمها الكبير. كما يرتبط توزيع درجة حرارة القالب بالتبريد الداخلي والخارجي وتجانس كثافة القطعة البلاستيكية، مما يؤثر بشكل مباشر على حجم واتجاه انكماش كل قطعة.
بالإضافة إلى ذلك، يؤثر كل من ضغط التثبيت ومدة التثبيت بشكل كبير على الانكماش؛ حيث يكون الانكماش أقل ولكن اتجاهيته أكبر عند ارتفاع الضغط وطول مدة التثبيت. وعندما يكون ضغط الحقن مرتفعًا، يكون فرق لزوجة المادة المنصهرة ضئيلاً، وإجهاد القص بين الطبقات منخفضًا، والارتداد المرن بعد فك القالب كبيرًا، مما يقلل الانكماش بشكل مناسب. أما عند ارتفاع درجة حرارة المادة، فيكون الانكماش كبيرًا ولكن اتجاهيته ضئيلة. لذا، يمكن تعديل انكماش القطعة البلاستيكية بشكل مناسب عن طريق ضبط درجة حرارة القالب والضغط وسرعة الحقن ومدة التبريد أثناء عملية التشكيل.
عند تصميم القالب، يتم تحديد معدل انكماش كل جزء من أجزاء البلاستيك وفقًا للخبرة، وذلك بناءً على نطاق انكماش أنواع البلاستيك المختلفة، وسمك جدار وشكل الجزء البلاستيكي، وحجم وتوزيع شكل المدخل. ثم يتم حساب حجم التجويف.
بالنسبة للأجزاء البلاستيكية عالية الدقة، وعندما يصعب تحديد معدل الانكماش، ينبغي عموماً استخدام الطرق التالية لتصميم القالب:
استخدم معدل انكماش أصغر للقطر الخارجي للجزء البلاستيكي، ومعدل انكماش أكبر للقطر الداخلي، وذلك لإتاحة مجال للتصحيح بعد قالب الاختبار.
تحدد القوالب التجريبية شكل وحجم وظروف تشكيل نظام البوابات.
تخضع الأجزاء البلاستيكية المراد معالجتها لاحقًا للمعالجة اللاحقة لتحديد تغيير الحجم (يجب أن يكون القياس بعد 24 ساعة من فك القالب).
قم بتصحيح القالب وفقًا للانكماش الفعلي.
أعد تجربة القالب وقم بتغيير ظروف العملية بشكل مناسب لتعديل قيمة الانكماش قليلاً لتلبية متطلبات الجزء البلاستيكي.
02
سيولة
1) يمكن تحليل سيولة المواد البلاستيكية الحرارية بشكل عام من خلال سلسلة من المؤشرات مثل الوزن الجزيئي، ومؤشر الانصهار، وطول التدفق الحلزوني لأرخميدس، واللزوجة الظاهرية، ونسبة التدفق (طول العملية / سمك جدار الجزء البلاستيكي).
الوزن الجزيئي الصغير، وتوزيع الوزن الجزيئي الواسع، وعدم انتظام البنية الجزيئية، ومؤشر الانصهار العالي، وطول التدفق الحلزوني الطويل، واللزوجة الظاهرية المنخفضة، ونسبة التدفق العالية، والسيولة الجيدة، يجب على المواد البلاستيكية التي تحمل نفس اسم المنتج مراجعة تعليماتها لتحديد ما إذا كانت سيولتها مناسبة للقولبة بالحقن.
وفقًا لمتطلبات تصميم القوالب، يمكن تقسيم سيولة المواد البلاستيكية شائعة الاستخدام تقريبًا إلى ثلاث فئات:
سيولة جيدة PA، PE، PS، PP، CA، بولي (4) ميثيل بنتين؛
راتنجات سلسلة البوليسترين متوسطة السيولة (مثل ABS و AS) و PMMA و POM وإيثر البوليفينيلين؛
البولي كربونات ذو السيولة الضعيفة، والبولي فينيل كلوريد الصلب، وإيثر البولي فينيلين، والبولي سلفون، والبولي أريل سلفون، والفلوروبلاستيك.
2) تتغير سيولة أنواع البلاستيك المختلفة أيضًا نتيجة لعوامل التشكيل المتعددة. وفيما يلي أهم العوامل المؤثرة:
① تؤدي زيادة درجة حرارة المادة إلى زيادة سيولتها، ولكن تختلف سيولة أنواع البلاستيك المختلفة، مثل البوليسترين (خاصةً الأنواع ذات مقاومة الصدمات العالية وقيمة تدفق الذوبان العالية)، والبولي بروبيلين، والبولي أميد، والبولي ميثيل ميثاكريلات، والبوليسترين المعدل (مثل ABS وAS). وتختلف سيولة البولي كربونات، والأسيتات، وأنواع البلاستيك الأخرى اختلافًا كبيرًا باختلاف درجة الحرارة. أما بالنسبة للبولي إيثيلين والبولي أوكسي ميثيلين، فإن زيادة أو نقصان درجة الحرارة لا يؤثر بشكل كبير على سيولتهما. لذلك، يجب ضبط درجة الحرارة أثناء عملية التشكيل للتحكم في سيولة البولي إيثيلين.
② عندما يزداد ضغط قولبة الحقن، تتعرض المادة المنصهرة لتأثير قص أكبر، وتزداد سيولتها أيضًا، وخاصة البولي إيثيلين والبولي أوكسي ميثيلين الأكثر حساسية، لذلك يجب تعديل ضغط الحقن للتحكم في السيولة أثناء القولبة.
٣- يؤثر شكل وحجم وتصميم هيكل القالب ونظام التبريد فيه، بالإضافة إلى مقاومة تدفق المادة المنصهرة (مثل تشطيب السطح، وسماكة مقطع القناة، وشكل التجويف، ونظام العادم)، وغيرها من العوامل، بشكل مباشر على سيولة المادة المنصهرة داخل التجويف. فإذا انخفضت درجة حرارة المادة المنصهرة وزادت مقاومة تدفقها، فإن سيولتها ستنخفض. لذا، عند تصميم القالب، يجب اختيار هيكل مناسب يتناسب مع سيولة البلاستيك المستخدم.
أثناء عملية التشكيل، يمكن أيضًا التحكم في درجة حرارة المادة، ودرجة حرارة القالب، وضغط الحقن، وسرعة الحقن، وعوامل أخرى لضبط حالة التعبئة بشكل مناسب لتلبية احتياجات التشكيل.
03
التبلور
يمكن تقسيم المواد البلاستيكية الحرارية إلى مواد بلاستيكية بلورية ومواد بلاستيكية غير بلورية (المعروفة أيضًا باسم المواد البلاستيكية غير المتبلورة) وفقًا لعدم تبلورها أثناء التكثيف.
تشير ظاهرة التبلور إلى حقيقة أنه عندما يتحول البلاستيك من الحالة المنصهرة إلى حالة التكثيف، تتحرك الجزيئات بشكل مستقل وتكون في حالة عشوائية تمامًا. تتوقف الجزيئات عن الحركة بحرية، وتضغط على موضع ثابت نوعًا ما، ولديها ميل لجعل الترتيب الجزيئي نموذجًا منتظمًا. هذه هي الظاهرة.
يمكن تحديد معايير المظهر لتقييم هذين النوعين من البلاستيك من خلال شفافية الأجزاء البلاستيكية ذات الجدران السميكة. عمومًا، تكون المواد البلورية معتمة أو شبه شفافة (مثل بولي أوكسي ميثيلين، إلخ)، بينما تكون المواد غير البلورية شفافة (مثل بولي ميثيل ميثاكريلات، إلخ). ولكن هناك استثناءات. على سبيل المثال، بولي (4) ميثيل بنتين هو بلاستيك بلوري ولكنه يتمتع بشفافية عالية، بينما ABS مادة غير بلورية ولكنها غير شفافة.
عند تصميم القوالب واختيار آلات قولبة الحقن، انتبه إلى المتطلبات والاحتياطات التالية للبلاستيك البلوري:
إن الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة المادة إلى درجة حرارة التشكيل تتطلب الكثير من الحرارة، كما أن المعدات ذات القدرة الكبيرة على التلدين مطلوبة.
يتم إطلاق كمية كبيرة من الحرارة أثناء التبريد وإعادة التحويل، لذلك يجب تبريدها بشكل كافٍ.
إن الفرق في الكثافة النوعية بين الحالة المنصهرة والحالة الصلبة كبير، وانكماش التشكيل كبير، والانكماش والمسام عرضة للظهور.
يتميز هذا المنتج بسرعة التبريد، وانخفاض نسبة التبلور، وصغر الانكماش، وشفافية عالية. ترتبط نسبة التبلور بسُمك جدار القطعة البلاستيكية، فكلما كان الجدار أبطأ تبريدًا، زادت نسبة التبلور، وكبر الانكماش، وتحسنت الخصائص الفيزيائية. لذا، يجب التحكم بدرجة حرارة قالب المادة المتبلورة بدقة.
التباين كبير والإجهاد الداخلي هائل. تميل الجزيئات التي لا تتبلور بعد إخراجها من القالب إلى الاستمرار في التبلور، وتكون في حالة عدم توازن طاقي، وعرضة للتشوه والالتواء.
نطاق درجة حرارة التبلور ضيق، ومن السهل التسبب في حقن مواد غير منصهرة في القالب أو انسداد منفذ التغذية.
04
البلاستيك الحساس للحرارة والبلاستيك سهل التحلل المائي
1) تعني الحساسية للحرارة أن بعض أنواع البلاستيك أكثر حساسية للحرارة. فعند تسخينها لفترة طويلة في درجات حرارة عالية، أو عندما يكون قسم فتحة التغذية صغيرًا جدًا، ترتفع درجة حرارة المادة بسهولة عند تعرضها لقوى قص كبيرة، مما يؤدي إلى تغير لونها وتلفها وتحللها. ويُطلق على هذا النوع من البلاستيك اسم البلاستيك الحساس للحرارة.
مثل البولي فينيل كلوريد الصلب، وبولي فينيليدين كلوريد، وكوبوليمر أسيتات الفينيل، وبولي أوكسي ميثيلين، وبولي كلورو ثلاثي فلورو الإيثيلين، وغيرها. تُنتج المواد البلاستيكية الحساسة للحرارة مونومرات وغازات ومواد صلبة ونواتج ثانوية أخرى أثناء تحللها. وبشكل خاص، تُسبب بعض غازات التحلل آثارًا مُهيجة أو مُسببة للتآكل أو سامة على جسم الإنسان والمعدات والقوالب.
لذا، ينبغي إيلاء اهتمام خاص لتصميم القالب، واختيار آلة حقن القوالب، وعملية التشكيل. يُنصح باستخدام آلة حقن القوالب اللولبية. يجب أن يكون قسم نظام الصب كبيرًا. يُفضل طلاء القالب والأسطوانة بالكروم. يُضاف مُثبِّت لتقليل حساسيته للحرارة.
٢) حتى لو احتوت بعض أنواع البلاستيك (مثل البولي كربونات) على كمية قليلة من الماء، فإنها تتحلل تحت درجات حرارة وضغط مرتفعين. تُعرف هذه الخاصية بالتحلل المائي السهل، والذي يتطلب تسخينه وتجفيفه مسبقًا.
05
تشقق الإجهاد وكسر الانصهار
1) بعض أنواع البلاستيك حساسة للإجهاد. فهي عرضة للإجهاد الداخلي أثناء عملية التشكيل، وتكون هشة وسهلة التصدع. وقد تتصدع الأجزاء البلاستيكية تحت تأثير قوة خارجية أو مذيب.
لهذا السبب، بالإضافة إلى إضافة مواد محسّنة إلى المواد الخام لتعزيز مقاومتها للتشقق، ينبغي الاهتمام بتجفيف هذه المواد، واختيار ظروف التشكيل بعناية لتقليل الإجهاد الداخلي وزيادة مقاومة التشقق. كما ينبغي اختيار شكل مناسب للأجزاء البلاستيكية، مع تجنب تركيب الحشوات أو اتخاذ تدابير أخرى لتقليل تركيز الإجهاد.
عند تصميم القالب، ينبغي زيادة زاوية فك القالب، واختيار مدخل تغذية وآلية إخراج مناسبة. يجب ضبط درجة حرارة المادة، ودرجة حرارة القالب، وضغط الحقن، ووقت التبريد بشكل ملائم أثناء عملية التشكيل، مع الحرص على تجنب فك القالب عندما يكون الجزء البلاستيكي باردًا جدًا وهشًا. بعد التشكيل، يجب أيضًا معالجة الأجزاء البلاستيكية لاحقًا لتحسين مقاومتها للتشقق، وإزالة الإجهاد الداخلي، ومنع ملامستها للمذيبات.
٢) عندما يمر مصهور البوليمر ذو معدل تدفق معين عبر فتحة الفوهة عند درجة حرارة ثابتة، ويتجاوز معدل تدفقه قيمة محددة، تظهر تشققات جانبية واضحة على سطح المصهور تُسمى تشقق المصهور، مما يُلحق الضرر بمظهر وخواص القطعة البلاستيكية. لذلك، عند اختيار بوليمرات ذات معدل تدفق عالٍ، ينبغي زيادة مساحة المقطع العرضي للفوهة، والمجرى، وفتحة التغذية لتقليل سرعة الحقن ورفع درجة حرارة المادة.
06
الأداء الحراري ومعدل التبريد
1) تتميز أنواع البلاستيك المختلفة بخصائص حرارية متباينة، مثل الحرارة النوعية، والتوصيل الحراري، ودرجة حرارة التشوه الحراري. تتطلب عملية التلدين باستخدام البلاستيك ذي الحرارة النوعية العالية كمية كبيرة من الحرارة، لذا يُنصح باستخدام آلة حقن ذات قدرة عالية على التلدين. يمكن تقليل وقت تبريد البلاستيك ذي درجة حرارة التشوه الحراري العالية، مما يسمح بفك القالب مبكرًا، ولكن يجب منع التشوه الناتج عن التبريد بعد فك القالب.
تتميز المواد البلاستيكية ذات الموصلية الحرارية المنخفضة بمعدل تبريد بطيء (مثل البوليمرات الأيونية وغيرها)، لذا يجب تبريدها بشكل كافٍ لتعزيز تأثير التبريد في القالب. تُعدّ قوالب القنوات الساخنة مناسبة للمواد البلاستيكية ذات السعة الحرارية النوعية المنخفضة والموصلية الحرارية العالية. أما المواد البلاستيكية ذات السعة الحرارية النوعية العالية، والموصلية الحرارية المنخفضة، ودرجة حرارة التشوه الحراري المنخفضة، ومعدل التبريد البطيء، فلا تُناسب عمليات التشكيل عالية السرعة. لذا، يجب اختيار آلات حقن القوالب المناسبة وأنظمة تبريد القوالب المُحسّنة.
٢) تتطلب أنواع البلاستيك المختلفة الحفاظ على معدل تبريد مناسب وفقًا لأنواعها وخصائصها وأشكال أجزائها البلاستيكية. لذا، يجب تزويد القالب بأنظمة تسخين وتبريد وفقًا لمتطلبات التشكيل للحفاظ على درجة حرارة معينة. عند ارتفاع درجة حرارة المادة، يجب تبريد القالب لمنع تشوه القطعة البلاستيكية بعد إخراجها من القالب، وتقصير دورة التشكيل، وتقليل التبلور.
عندما لا تكفي حرارة النفايات البلاستيكية للحفاظ على القالب عند درجة حرارة معينة، يجب تزويد القالب بنظام تسخين للحفاظ على درجة حرارة مناسبة، وذلك للتحكم في معدل التبريد، وضمان سيولة القالب، وتحسين ظروف التعبئة، أو التحكم في تبريد الأجزاء البلاستيكية ببطء. كما يمنع هذا النظام التبريد غير المتساوي داخل وخارج الأجزاء البلاستيكية ذات الجدران السميكة، ويزيد من بلوريتها.
بالنسبة للمواد ذات السيولة الجيدة، ومساحة التشكيل الكبيرة، ودرجة حرارة المادة غير المتجانسة، قد يتطلب الأمر، تبعًا لظروف تشكيل الأجزاء البلاستيكية، تسخينها أو تبريدها بالتناوب أو تسخينها وتبريدها موضعيًا. ولتحقيق ذلك، ينبغي تزويد القالب بنظام تبريد أو تسخين مناسب.
07
استرطابية
نظراً لاحتواء البلاستيك على إضافات متنوعة تُكسبه درجات متفاوتة من امتصاص الرطوبة، يُمكن تقسيمه تقريباً إلى نوعين: بلاستيك يمتص الرطوبة ويلتصق بها، وبلاستيك لا يمتص الرطوبة ولا يلتصق بها. يجب ضبط نسبة الماء في المادة ضمن النطاق المسموح به، وإلا ستتحول الرطوبة إلى غاز أو تتحلل مائياً تحت درجات الحرارة والضغط العاليين، مما يُسبب رغوة في الراتنج، وانخفاض سيولته، وضعف مظهره وخواصه الميكانيكية.
لذلك، يجب تسخين المواد البلاستيكية المسترطبة مسبقًا باستخدام طرق التسخين والمواصفات المناسبة حسب الحاجة لمنع إعادة امتصاص الرطوبة أثناء الاستخدام.
شركة شنغهاي رينبو الصناعية المحدودة هي الشركة المصنعة، وتوفر شركة شنغهاي رينبو باكج حلولاً متكاملة لتغليف مستحضرات التجميل. إذا أعجبتكم منتجاتنا، يمكنكم التواصل معنا.
موقع إلكتروني:www.rainbow-pkg.com
بريد إلكتروني:Bobby@rainbow-pkg.com
واتساب: +008613818823743
تاريخ النشر: 27 سبتمبر 2021