در کدام مرحله تزریق دمای بالاتری داریم؟
مقدمه
در فرآیند تزریق پلاستیک، دما نقش محوری در کیفیت قطعه، قابلیت پرشدن قالب و خواص مکانیکی دارد. برای انتخاب پارامترها و حل مشکلات تولید باید بدانیم در کدام مرحله دما بالاتر است، چرا اهمیت دارد و چگونه آن را کنترل و اندازه‌گیری کنیم.
مروری کوتاه بر مراحل اصلی فرآیند تزریق
- ذوب و تغذیه (هیترها و هاپر)
- تزریق (پلاستیک مذاب وارد قالب می‌شود)
- نگهداری فشار (holding)
- خنک‌کاری (مادامی که قالب بسته است)
- بازشدن قالب و خارج کردن قطعه
کدام مرحله دمای بالاتری دارد — پاسخ مستقیم
- بالاترین دما در مرحله «ذوب و تزریق» است.
- داخل بشکه (سکرو/بارل) و ناحیه دهانه‌ی نازل تا محفظه قالب دمایی بالاتر از سایر نقاط فرآیند دارد، زیرا ماده ترموپلاستیک برای جاری شدن و پرکردن قالب باید به دمای ذوب یا بالاتر از دمای ویسکوزیته مناسب برسد.
چرا دمای ذوب/تزریق از بقیه مراحل بالاتر است
- انرژی گرمایی لازم برای ذوب کردن پلیمر و کاهش ویسکوزیته جهت جریان: افزایش دما ویسکوزیته را کم می‌کند و سهولت پر شدن قالب را بالا می‌برد.
- اتلاف حرارت در مسیر تا قالب: بخشی از گرما به بدنه ماشین، نازل، و قالب منتقل می‌شود؛ برای حفظ شار حرارتی مناسب باید دمای اولیه بالاتر انتخاب شود.
- واکنش‌های شیمیایی یا تجزیه حرارتی (در پلیمرهای حساس): در برخی مواد نیاز است دما دقیق کنترل شود تا از تخریب گرمایی جلوگیری شود.
بازه‌های دمایی مرسوم (نمونه‌ای و کلی)
- ترموپلاستیک‌های رایج (نمونه‌ای، حدودی):
- پلی‌اتیلن سبک/سنگین (PE): 160–260°C
- پلی‌پروپیلن (PP): 180–230°C
- پلی‌استایرن (PS): 180–260°C
- ABS: 200–260°C
- نایلون (PA): 240–300°C
- دماهای دقیق وابسته به گرید ماده، افزودنی‌ها و طولانی/کوتاهی مسیر جریان است.
نواحی دما در ماشین تزریق و اهمیت هر کدام
- هاپر و تغذیه: دمای محیط تا قابل تنظیم برای جلوگیری از رطوبت یا تجمع.
- بشکه/نواحی گرمایش (zones): هر ناحیه تنظیم جداگانه دارد تا گرادیان دمایی کنترل شود؛ معمولاً ناحیه جلو (نازل) گرم‌تر از مناطق انتهایی است.
- نازل و گیت: باید انتقال حرارت و تماس کامل با قالب را تضمین کند؛ نقطه‌ای حساس برای گرفتگی یا سوختن.
- قالب: دمای قالب (ماتریس) معمولاً پایین‌تر از دمای ذوب است و بسته به قطعه بین 20–120°C تنظیم می‌شود تا زمان خنک‌کاری و خواص سطحی بهینه شود.
اثرات دماهای نامناسب در هر مرحله
- دمای تزریق بیش از حد بالا: تجزیه حرارتی، تغییر رنگ، کاهش خواص مکانیکی، ایجاد بوی نامطلوب و سوختگی در سطح قطعه.
- دمای تزریق خیلی پایین: ناتوانی در پرکردن کامل قالب، خطوط جوش، جریان نامناسب و ظاهر ناهمگون.
- دمای قالب نامناسب: زمان چرخه طولانی یا کوتاه؛ درخشندگی سطح و انقباض ناسازگار؛ ایجاد تاب یا تغییرات ابعادی.
روش‌های کنترل و اندازه‌گیری دما
- ترموکوپل‌ها: نصب در بشکه (هر زون)، نازل و داخل قالب برای مانیتورینگ مستقیم.
- سنسورهای مادون قرمز: اندازه‌گیری سطحی قالب و قطعات بدون تماس.
- PID و کنترلرهای زون: تنظیم دقیق هر ناحیه گرمایی بشکه برای جلوگیری از نوسان.
- سیستم‌های پایش داده (Data Logging): ثبت و تحلیل تاریخی دماها برای شناسایی روندها و پیش‌بینی خرابی.
راهکارهای عملی برای کنترل دمای بالای تزریق
- تنظیم درست پروفایل گرمایی بشکه: افزایش دما در نازل/پیشروی برای جلوگیری از افزایش ویسکوزیته، کاهش در مناطق ورودی.
- بهینه‌سازی سرعت و زمان پیچ: کاهش گرمایش اصطکاکی با تنظیم پیچ و سرعت مناسب.
- استفاده از نازل‌های گرم شونده یا کنترل جریان برای جلوگیری از گرفتگی و حفظ انتقال حرارت.
- انتخاب گرید مناسب ماده یا افزودنی‌های تثبیت‌کننده حرارتی برای کاهش تجزیه.
- بررسی خنک‌کاری قالب برای انتقال گرما سریع‌تر و کاهش زمان چرخه.
نکات تخصصی برای مهندسان فرایند
- در قطعات با طول مسیر جریان زیاد یا لوله‌راهه‌های پیچیده، دمای تزریق را با احتیاط افزایش دهید و نمونه‌گیری مکرر انجام دهید.
- برای مواد حساس به رطوبت (PA، PET)، پیش‌خشک‌کردن ماده قبل از خوراک‌دهی اهمیت دارد تا تغییرات گرمایی ناگهانی و نقص سطحی کاهش یابد.
- بررسی تغییرات خواص ماده پس از چندین سیکل برای تشخیص آغاز تجزیه حرارتی.
- مستندسازی دقیق پروفایل دما برای هر قالب و سری تولید جهت بازتولیدپذیری.
جمع‌بندی و توصیه‌های کلیدی
- بیشترین دما در فرآیند تزریق در ناحیه ذوب و تزریق (بشکه، نازل، گیت) رخ می‌دهد.
- کنترل دقیق پروفایل دمایی بشکه، استفاده از حسگرها و PID، و انتخاب ماده مناسب، عوامل کلیدی برای جلوگیری از مشکلات ناشی از دمای بالا هستند.
- اندازه‌گیری مداوم، نمونه‌برداری و ثبت داده‌ها بهترین راه برای تضمین پایداری فرآیند و کیفیت قطعات نهایی است.
