Čištění vstřikovacích jednotek, teorie nasazení, nejčastější chyby a ekonomická výhodnost

Čištění vstřikovacích strojů, plastifikační jednotky a horkých vtoků, se stává postupně nezanedbatelnou součástí procesu vstřikování plastů, nutnou k udržení kvality výlisků a vedoucí k ekonomickým úsporám. K tomuto účelu byla a je používána řada profesionálních i méně profesionálních postupů, často souvisejících s možnostmi, zkušenostmi i kreativitou příslušných pracovníků.

Některé metody čištění plastifikačních jednotek neprofesionálními prostředky mohou vést k postupnému poškození povrchu jak válce, tak i šneku a zkrácení životnosti zařízení.
Co se týká použití profesionálních čistících materiálů je třeba si uvědomit, že od žádného z nich nelze očekávat zázraky a mají limitní použití. Pokud se překročí určitá mez znečištění komory a dojde zde ke spálení plastu, nebo vytvoření souvislé vrstvy degradovaného materiálu na stěnách, popřípadě díky residuím k ucpání horkých rozvodů, pak je většinou nutné vyčistit zařízení mechanicky.

Čištění slouží k odstranění degradovaných plastů, vrstev barevných pigmentů se stěn válce a šneku, horkých vtoků popřípadě formy. Vhodné kvalitní čistící materiály slouží k rychlému odstranění reziduí plastů při změně materiálu a k snadnějšímu přejezdu z barvy na barvu. Výsledkem je úspora času určeného k výrobě, snížení zmetkovitosti a úspora materiálu určeného ke zpracování. Čistící materiály jsou jak kapalné, tak pevné ve formě prášku nebo granulátu. Používají se jak v naředěné tak i neředěné formě. Hlavní pozici na trhu zaujímají čistící granuláty díky své jednoduchosti použití a chemické příbuznosti se zpracovávaným plastem v důsledku stejného, nebo velmi podobného plastového nosiče. V současnosti je nabídka čistících granulátů poměrně široká. Mezi výrobce čistících granulátů s dominantním postavením na trhu patří Japonská firma ASAHI KASEI, výrobce čistícího granulátu Asaclean. Tento materiál je vhodný a použitelný pro všechny procesy vstřikování termoplastů. Pomocí uvedených čistících granulátů lze čistit jak komoru, šnek a horké vtoky. Patnáctileté zkušenosti s různými typy tohoto čistícího granulátu v Čechách budou využity k objasnění jeho působení, účinnosti a vhodnosti použití.
Asaclean je čistící granulát, kde do vhodného plastového nosiče jsou zakomponovány jednotlivé účinné složky jako aditiva typu tenzidů, detergentů, účinné antioxidanty a tepelné stabilizátory, popřípadě krátká skelná vlákna. Čistícího efektu je dosaženo trojím účinkem:

1. Z důvodů rozdílného reologického chování zpracovávaného plastu dochází k mechanickému čištění.

2. Působením chemických reaktivních látek obsažených v čistícím granulátu dochází k narušení úsad na kovových částech zařízení.

3. Vysoká úroveň tepelné stabilizace a obsah antioxidantů čistícího granulátu zabrání degradaci residuí plastů. Důležitou vlastností je „chemická stálost a bezpečnost“. Tzv. kouřivost během čistícího procesu je způsobena mikrokapičkami vody v některých typech, mající funkci nadouvadla a projevující se bílým kouřem. Asaclean neobsahuje žádná abrazivní aditiva kromě dvou typů s obsahem skelných vláken a v doporučeném teplotním intervalu (podle konkrétního typu od 180 °C do 420°C) nezpůsobí poškození kovového povrchu ani ucpání horkých vtoků. ASACLEAN je jako jeden z mála čistících granulátů vhodný pro odstávky strojů, tzv. „SEALING“, což je jedna z nejúčinnějších forem čištění válce, šneku a horkých rozvodů.

ASACLEAN je vhodný pro řešení následujících situací:

• Nekontrolovatelný výskyt nečistot a barevných šmouh
• Zvýšená zmetkovitost po přerušení výroby a odstávkách
• Výskyt černých teček v čirém nebo transparentním materiálu
• Časově náročný přechod na jiný materiál nebo barevný odstín
• Problémy při mechanickém čištění s vytahováním šneku
• Neprůchodnost horkých kanálů a kavit

Výběr vhodného typu se řídí následujícími faktory:

• Vlastní výrobní nástroj a způsob jeho provozování - procesní teplota, standardní vstřikovací stroj, 2K, 3K, IBM, velikost vstřikované dávky, přítomnost horkých rozvodů, složitost formy, údržba stroje
• Typ použitého polymeru
• Aditivace použitého polymeru - barva; plniva, retardéry hoření, modifikátory, procesní aditiva…

Teplota zpracování plastu je určujícím faktorem pro výběr vhodného typu čistícího granulátu a slouží k prvotnímu rozhodování o volbě vhodného čističe. Plasty lze rozdělit na zpracovávané při procesních teplotách do 240°c, do 360°C a nad 360°C. Pokud se komora vstřikovacího stroje naplní jen zčásti, granule plastu se mohou dostat do vyhřívané nepoužívané části stroje a po degradaci vlivem teplotního namáhání způsobit kontaminaci zpracovávaného plastu. Při několikastupňovém vstřikování je třeba rozlišovat typy plastů v jednotlivých krocích.

Dalším důležitým faktorem je typ zpracovávaného plastu což umožňuje rozdělení plastů do třech skupin: Skupina tzv. měkkých plastů - procesní teploty většinou do 240°C - zahrnuje polyolefinické komoditní plasty PE, PP, TPE, dále PVC, EVA a speciální plasty jako TPU, TPO, či reaktivní POM.

Druhá skupina zahrnuje styrenové netransparentní plasty (ABS, HIPS) a technické netransparentní plasty (PA, PC, PC/ABS, PMMA, PBT, PPO.); teplota zpracování cca do 330°C, případně do 360°C.

Třetí základní skupinu tvoří vysokoteplotní inženýrské plasty (LCP, PEEK, PEI atd). Jejich teploty zpracování se pohybují nad 360°C a vyžadují speciální postup čištění. Mimo tyto 3 skupiny lze vyčlenit skupinu blendů, kde se jedná o směsný plast, skládající se často ze dvou i více zcela nesourodých plastů; např. materiálové blendy typu PC/PET; ASA/PA6; PBT/PE, PE/PP, atd. Samostatnou skupinu z hlediska čištění tvoří transparentní polymery např. PC, PMMA, TABS, PET, PETG, SAN, COC a další.

Aditivace polymerů často ovlivňuje jejich teplotní stabilitu, fyzikální a mechanické vlastnosti. Zejména směsné materiály (blendy) s obsahem kompatibilizátorů jsou citlivé na podmínky zpracování – často dochází k napalování na stěny zařízení a následné degradaci. Velkou komplikací zpracování plastů vstřikováním způsobuje také přítomnost retardérů hoření a to jak organické, či anorganické povahy.

Nejčastější problémy

Výskyt tmavých částic nebo viditelná kontaminace tmavším materiálem signalizuje problém. Většinou se jedná o degradovaný plast v plastifikační jednotce, nebo v horkých rozvodech. V tomto případě je nutné co nejdříve použít vhodný čistící granulát, nečekat do fáze nezbytnosti mechanického čištění.

Degradaci a následnému spálení plastu v systému se dá předejít. Pokud je stroj vyhříván a nevyrábí, stačí 15 minut, aby roztavený plast v systému začal degradovat. Plast bez pohybu ve vytápěné komoře je vždy komplikace. Snížení teploty tento problém neřeší, degradace je pomalejší, ale probíhá. Řešením je naplnění komory, případně i horkých rozvodů čistícím granulátem po dobu odstávky nebo neplánovaného přerušení výroby. Při delších odstávkách (např. víkendové) se doporučuje stroj po naplnění čistícím granulátem, v tomto případě Asacleanem, stroj vypnout a nechat vychladnout. Po opětovném vyhřátí stroje na provozní teplotu a čistící materiál vystříkat před formu. Asaclean jako jeden z kvalitních čistících granulátů obsahuje vysoce účinné antioxidanty, které zabrání degradaci zpracovávaného materiálu v komoře i horkých vtocích. Zde je nutno podotknout, že ne každý čistící materiál je schopen zamezit degradaci a následnému spálení zpracovávaného plastu.

Používá-li se vlastní regranulát, pak je nutné si uvědomit, že tento materiál již prošel procesem výroby a došlo ke změně jeho mechanických vlastností. To znamená, že je více náchylný k degradaci. Přesto, že se zdá, že je systém vyčištěn, zůstanou v něm stopy tohoto regranulátu a ten se při najetí výroby velmi rychle spálí a způsobí tak další nečekané znečištění výlisků. Stejný důsledek má používání tepelně nestabilizovaných plastů, jako např. polypropylen, speciálně při použití pro technické plasty.

Při výskytu barevných skvrn se často jedná o pigment, který při zpracování vytváří tenkou vrstvu na kovovém povrchu zařízení a nepravidelných intervalech dochází k uvolnění těchto nánosů do zpracovávaného materiálu. Asaclean má řešení: tzv. postup SEALING (viz dále). Pokud tento postup nelze z provozních důvodů aplikovat, lze použít speciální typy Asacleanu se zvýšenou účinností ASACLEAN CG nebo NEW EX. Tyto dva typy obsahují krátká skelná vlákna, která slouží jako jemný kartáč k narušení krusty napáleného materiálu, popřípadě souvislé vrstvy pigmentů. Délka skelných vláken se pohybuje mezi 10 – 20 mikrony (běžná délka skelných vláken v plastech je 200 mikronů) a tudíž nezpůsobí poškrábání formy.

Metoda SEALING

Technologický postup při kterém je ponechán vhodný čistící materiál po delší dobu – např. po dobu odstávky přes noc nebo víkend. Při SEALINGu je ponechán čištěný stroj bez ohřevu, až dojde ke ztuhnutí vhodného čističe uvnitř stroje. Takový čistící granulát se chová jako plast, tedy při chladnutí tuhne a zmenšuje svůj objem. Aditiva, která obsahuje, působí pak po celou dobu odstávky na degradované plasty chemicky a zároveň konzervuje kovový povrch. Objemová kontrakce materiálu v závislosti na teplotě společně s důkladným působením chemických složek umožní vyčištění i těch míst výrobního zařízení, kde dochází k pomalejšímu toku taveniny materiálu.

Černé tečky často pocházejí z plniv či retardérů které díky elektrostatické interakci mívají tendenci usazování na kovových částech výrobního zařízení. V případě výskytu černých teček aplikujeme čistící granulát vždy, kdy je stroj odstaven déle než 15 minut. Nejvhodnější je stroj odstavit s čistícím materiálem uvnitř stroje.

Čištění vstřikovacích strojů

Při ukončení výroby se do násypky vstřikovacího stroje nasype Asaclean a stroj se ponechá v provozu, dokud nevychází z trysky zřetelně světlý Asaclean. Pokud je to možné, tryska se uzavře (např. najetím k formě). Ve válci se nastaví maximální bezpečný zpětný tlak, aby se čistící materiál dostal i do „mrtvých“ zón. Minimální doba působení pro vyčištění je 3-5 minut, při prodloužení této doby lze ještě dosáhnout lepšího výsledku. Doba pobytu čistícího granulátu při teplotách nad 300 °C nesmí přesáhnout 30 minut.

Pokud se při přejezdech mění teplota zpracovávaného materiálu, vždy se ponechá při zvyšování (snižování) teploty Asaclean uvnitř stoje. Termooxidační aditiva obsažená v čistícím granulátu zabrání vzniku degradovaného polymeru. Po dosažení pracovní teploty pro následující polymer nebo po ukončení doby čištění se uvolní tryska a materiál se vystříká z komory.

Při vystříkávání je výhodné použít co nejvyšší rychlost. Pokud jsou viditelné stopy nečistot ve vystříkaném čistícím granulátu, je vhodné čistící cyklus opakovat. Pokud Asaclean po čištění neobsahuje nečistoty, přejde se na výrobu a zpracovávaným plastem se vytlačí zbytky čistícího granulátu vystříkáním před formu.

Nejčastěji používanými typy pro vstřikovací stroje jsou Asaclean GL2, určený pro teploty 180°C - 360°C, vhodný pro běžné polymery typu PA, ABS, PC/ABS, PBT, PS, a dalších. Pro čištění transparentních materiálů typu se nejčastěji používá Asaclean NewE. Pro čištění při zpracování PMMA byl speciálně vyvinut materiál Asaclean NewM. Pro vysokoteplotní plasty typu PC se používá Asaclean PT, který čiští při teplotách 200°C - 360°C; popřípadě typ SX vhodný pro použití v intervalu 300°C - 370°C. Nově se představuje vysokoteplotní typ Asacleanu- ASACLEAN PF na bázi PC pro teplotní rozmezí 280 – 420°C, a to jak pro transparentní, tak i netransparentní plasty. Pro kalkulaci efektivnosti čištění z ekonomického hlediska byla ve spolupráci s výrobcem ASAHI KASEI a našimi zákazníky na základě skutečných výsledků testování účinnosti čištění vypracována kalkulační tabulka. Tato tabulka při dosazení skutečných hodnot je jedním z parametrů při rozhodování, zda je čištění profesionálními čisticími prostředky z ekonomického hlediska efektivní, či ne.

Čištění horkých vtoků

Na základě zkušeností a spolupráce s firmami INCOE a ARBURG byl vyvinut nový, velmi účinný postup čištění horkých vtoků, který je obdobou metody „SEALING“.

K čištění horkých vtoků doporučujeme následující typy Asacleanu:

• ASACLEAN® UB - interval použití 170 – 320°C, Vhodný pro všechny „měkké“ plasty.
• ASACLEAN® New E - interval použití 160 – 300°C Vhodný pro transparentní plasty. Zkracuje dobu mléčného zabarvení výlisků.
• ASACLEAN® GL2 - pro technické plasty v rozmezí 180 – 360°C.
• ASACLEAN® PT - interval použití 200 – 360°C – určený pro PC.
• ASACLEAN® New M - interval použití 180 – 320°C, nosný plast PMMA. Vyvinutý pro PMMA
• ASACLEAN® SX - interval použití 300 – 370°C. Speciálně vyvinutý pro čištění horkých vtoků při vysokých teplotách. Pro plasty zpracovávané nad 350°C.

Všechny typy Asaclaenu (kromě CG, New EX, SX, PF a PX2) se mohou lisovat v režimu výroby (bez dotlaku) do formy (pokud není moc složitá) a jsou vhodné k dlouhodobým odstávkám.

Souhrn

CNC obrábění tvarových ploch představuje rozsáhlé úlohy optimalizace strategie obrábění, nastavení interpolátoru CNC systému stroje, řízení pohonů a řezných podmínek, jejichž cílem je dosažení vysoké produktivity, kvality a přesnosti obrábění. RCMT nabízí v této oblasti komplexní podporu ve všech fázích návrhu a realizace obrábění s podporou pokročilých simulací virtuálního obrábění.