67
1 Intro to Polymer Rheology and Processes

Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

  • Upload
    others

  • View
    4

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

1

Intro to Polymer Rheology and Processes

Page 2: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

POLYMERIZATION PROCESS

POLYMER PROCESSING

POLYMER

PRODUCT

Page 3: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

THERMOPLASTICS

พลาสติกในสถานะของแขง็

พลาสติกหลอม

ให้ความรอ้นหล่อเยน็

Page 4: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

THERMOSETของผสมหรอืคอมปาวด ์ (พอลิ

เมอรท์ี#ใส่สารช่วยการคงรปูและสารอื#นๆ)

ผลิตภณัฑใ์นสถานะของแขง็

ให้ความรอ้นย้อนกลบัไม่ได้

Page 5: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

POLYMER PROCESSING

• Extrusion

• Injection Molding

• Blow Molding

• Thermoforming

• Compression Molding

• Rotational Molding

Page 6: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

� สามารถผลติผลติภณัฑ์ที5มีลกัษณะซับซ้อนและมีรายละเอยีดต่างๆได้

� ลกัษณะรูปร่างของแม่พมิพ์จะเป็นตวักาํหนดรูปร่างของผลติภณัฑ์

กระบวนการฉีด (Injection Molding Process)

กระบวนการฉีด (Injection Molding Process)

INJECT = ฉีด

INJECTION MOLDING = การฉีดวสัดุเข้าแม่พมิพ์ (mold)

INJECTION MOLDING จัดเป็นกระบวนการขึKนรูปแบบต่อเนื5อง

Page 7: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

ตวัอย่างผลติภณัฑ์ที5ได้จากกระบวนการฉีด

ชิ�นส่วนและอุปกรณ์รถยนต ์(AUTOMOTIVE APPLIANCE)

Page 8: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

ตวัอย่างผลติภณัฑ์ที5ได้จากกระบวนการฉีดชิ�นส่วนและอุปกรณ์รถยนต ์(AUTOMOTIVE APPLIANCE)

Page 9: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

ตวัอย่างผลติภณัฑ์ที5ได้จากกระบวนการฉีด

ของเล่นเดก็ (TOYS)

Page 10: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

อุปกรณ์เครื5องใช้ไฟฟ้าและคอมพวิเตอร์

Page 11: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

กล้องและอุปกรณ์สื5อสาร

Page 12: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

เครื�องใชไ้ฟฟ้า

Page 13: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

ของใช้จปิาถะและอุปกรณ์ต่างๆ

ตวัอย่างผลติภณัฑ์ที5ได้จากกระบวนการฉีด

Page 14: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

ปลอก จุก ฝา หรือส่วนประกอบของอุปกรณ์ต่างๆ

Page 15: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

กระบวนการขึKนรูปแบบฉีด (Injection molding)

ใช้ในการผลติ

- thermoplastics

- rubbers

- thermoset

Page 16: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

HISTORY OF INJECTION MOLDING

• ปี ค.ศ. 1872 จอห์น และ อิซาห์ ไฮแอท ไดร้ับสิทธิบตัร (patent) สาํหรับเครื�องขึ�นรูปแบบฉีดซึ� งใชส้าํหรับขึ�นรูปเซลลูลอยดห์รือเซลลูโลสไนเตรท (celluloid or cellulose nitrate)

• ปี ค.ศ. 1878 จอห์น ไฮแอท ประดิษฐแ์ม่พิมพท์ี�มีหลาย cavity (multi-cavity mold) เครื�องแรก

• หลงัจากปี ค.ศ. 1920 มีการผลิตเครื�องขึ�นรูปแบบฉีดในประเทศเยอรมนี

Page 17: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

HISTORY OF INJECTION MOLDING

• การแพร่ขยายของเครื�องขึ�นรูปแบบฉีด ที�สาํคญัเริ�มในปี ค.ศ. 1956 โดย ดบับิว เอช วิลเลท ซึ�งประดิษฐเ์ครื�องขึ�นรูปแบบฉีดที�ใชส้กรู (screw injection molding machine)

• ในปัจจุบนัมีบริษทัผูผ้ลิตเครื�องขึ�นรูปแบบฉีดหลายบริษทั เช่น บอยด ์(Boyd) แวนดอร์น (Van Dorn) โกลสตาร์(Gold-Star) ของประเทศเกาหลี โตชิบา(Toshiba)ของประเทศญี�ปุ่น วิคเตอร์(Victor) มิลาครอน(Milacron) เอชพีเอม็ (HPM) ฮสัคี (Husky) นิวเบิร์ด(Newbird) โตโย(Toyo) นิสไซ (Nissei)

Page 18: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

เครื5องขึKนรูปแบบฉีด

• เครื5องขึKนรูปแบบฉีดมหีลายขนาดตัKงแต่จํานวนกรัมน้อย ๆ ประมาณ 100 ปอนด์ แรงทใีช้ในการยดึแม่พมิพ์ (clamping force) ตัKงแต่ 1 ตนัถึง 10,000 ตนั

Page 19: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

ชนิดของเครื5องขึKนรูปแบบฉีด

• เครื5องขึKนรูปแบบฉีดสําหรับเทอร์โมพลาสตกิ (Injection molding of thermoplastics)

• เครื5องขึKนรูปแบบฉีด สําหรับยาง (Injection molding of rubbers)

• เครื5องขึKนรูปแบบฉีดสําหรับเทอร์โมเซตและรีแอคทฟีฟลูอดิ (Injection molding of thermoset และ reactive fluids)

Page 20: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

กระบวนการฉีด คือ การใส่เม็ดพลาสตกิเข้าไปในกรวย (hopper) แล้วทาํให้เกดิการส่งพอลเิมอร์ในรูปของแขง็เข้าไปยงักระบอกฉีด(barrel) ที5 T> Tg (glass transition temperature) หรือ Tm (melting temperature) ซึ5งพอลเิมอร์จะหลอมและไหลภายใต้ความดนั

จากนัKนพอลเิมอร์หลอมจะถูกฉีดเข้าไปยงัแม่พมิพ์ที5มี T< Tg หรือ Tm

พลาสตกิจะเกดิการแขง็ตวั (solidify) ในแม่พมิพ์

หลงัจากนัKนแม่พมิพ์จะเปิดและผลติภณัฑ์จะถูกกระทุ้งออก (eject)

เครื5องขึKนรูปแบบฉีดสําหรับเทอร์โมพลาสตกิ

Page 21: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

เครื5องขึKนรูปแบบฉีด สําหรับยาง

• เครื5องฉีดประเภทนีKจะมีการป้อนโดยอตัโนมัต ิ (Automaticfeeding) ของชิKนส่วนยางที5ร้อนเข้าไปในกระบอกฉีด ที5อุณหภูมิตํ5ากว่าอุณหภูมิวลัคาไนซ์ (vulcanization temperature)

• หลงัจากนัKน ยางจะถูกฉีดเข้าไปยงัแม่พมิพ์ โดยอุณหภูมิที5ผนังแม่พมิพ์จะถูกรักษาไว้ให้สูงพอที5จะเริ5มการวลัคาไนซ์ และทาํให้เกดิการวลัคาไนซ์ของยางภายในแม่พมิพ์

• หลงัจากนัKนแม่พมิพ์จะถูกเปิดและผลติภณัฑ์จะถูกกระทุ้งออก

Page 22: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

เครื5องขึKนรูปแบบฉีดสําหรับเทอร์โมเซตและรีแอคทฟีฟลูอดิ

• เกดิขึKนคล้ายในเครื5องฉีดของยางคือ ใช้แม่พมิพ์ร้อน (hot

mold)

• โดยทั5วไปพอลเิมอร์ที5เป็น เทอร์โมเซตจะขึKนรูปโดยการใช้เครื5องกดอดั (compression molding)

• แต่กม็ีการพฒันาการใช้เครื5องฉีดสําหรับขึKนรูปเทอร์โมเซต เช่น

เรซินพวกฟีนอลฟอร์มอลดไีฮด์ และ ยูเรียฟอร์มอลดไีฮด์

Page 23: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

• สําหรับสภาวะที5ใช้ในการฉีด (injection molding condition)

วสัดุพวกเทอร์โมเซตมักจะกลบักนักบัพวกเทอร์โมพลาสติก

เช่น

- สกรูจะทาํงานที5อุณหภูมิตํ5ากว่ามาก เพื5อหลกีเลี5ยงการเกดิการ cure

ก่อนเวลาอนัสมควร (premature curing) ของเทอร์โมเซต

- แม่พมิพ์จะร้อนมากเพื5อให้เกดิการ cure ของ เรซินอย่างรวดเร็ว

เครื5องขึKนรูปแบบฉีดสําหรับเทอร์โมเซตและรีแอคทฟีฟลูอดิ

Page 24: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

• อุณหภูมิที5กระบอกฉีดของฟีนอลคิ ~ 75-80°C ยูเรีย ~ 100 °C

เมลามีน ~ 110°C

• สําหรับสัดส่วนการกดอดั (compression ratio) ของสกรู

[สัดส่วนระหว่างความลกึของสันสกรู(flight)ที5ส่วนป้อนส่งสาร (feeding zone) กบัส่วนส่งรีด(metering zone)] จะตํ5า~ 1 - 1.1

เพื5อหลกีเลี5ยง local overheating จากแรงเฉือน (shear force)

เครื5องขึKนรูปแบบฉีดสําหรับเทอร์โมเซตและรีแอคทฟีฟลูอดิ

Page 25: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

• วสัดุที5ใช้มกัเป็นพวกพอลเิอสเตอร์ที5ไม่อิ5มตวั (unsaturated polyester) โดยเฉพาะ dough molding compound (DMC)

• DMC สามารถใช้ได้กบัสกรูที5ไม่มสี่วนกดอดัเลยและมนีํKาหล่อเยน็ ซึ5งจะถูกฉีดไปในแม่พมิพ์ที5มอีุณหภูม ิ180°C

เครื5องขึKนรูปแบบฉีดสําหรับเทอร์โมเซตและรีแอคทฟีฟลูอดิ

Page 26: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

คาํจํากดัความในกระบวนการขึKนรูปแบบฉีด

• ความดนัย้อนกลบั (Back Pressure) แสดงถงึความต้านทานการเคลื5อนที5กลบัของสกรู ใน

ระหว่างการเตรียมฉีดพอลเิมอร์หลอม (Melt shot) ความดนันีKจะเกดิจากพลาสตกิบนสกรู ในขณะที5มันถูกป้อนเข้าไปในห้องเตรียมฉีด (shot chamber) ซี5งอยู่ที5ส่วนปลายด้านหน้าของกระบอกฉีดตรงหน้าสกรู

Page 27: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

• Clamping Tonnage (Force) หมายถงึแรงสูงสุดที5ใช้ในการยดึแม่พมิพ์ให้ปิดสนิท

• หัวฉีด หรือ Nozzle หมายถงึปากที5อยู่ปลายเขม็ฉีด (Injection cylinder) หรือ melt

transfer chamber ซึ5งจะสัมผสักบั sprue bushing ของแม่พมิพ์และทาํให้พอลเิมอร์หลอมเข้าไปในแม่พมิพ์

คาํจํากดัความในกระบวนการขึKนรูปแบบฉีด

Page 28: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

• Nozzle Drooling

การไหลย้อย หรือ การรั5วไหล ของพอลเิมอร์หลอมจากหัวฉีดหรือบริเวณรอบ หัวฉีด

• พลาสตเิคทติKง (Plasticating)

การหลอมเหลวของพลาสตกิในกระบอกฉีดก่อนการฉีดเข้าแม่พมิพ์

• ความดนั (Pressure)

ที5ใช้ในวชิานีKจะหมายถึง ความดนัในการฉีด (injection pressure) ที5 ให้กบัสกรูของเครื5องฉีด (หรือ plunger) เพื5อบังคบัให้พอลเิมอร์หลอมจากกระบอกฉีด เข้าไปสู่แม่พมิพ์ (วดัเป็นหน่วย psi หรือ MPa)

คาํจํากดัความในกระบวนการขึKนรูปแบบฉีด

Page 29: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

ส่วนประกอบของเครื5องฉีด• เครื5องฉีดจะประกอบไปด้วยอุปกรณ์หลกัดงัต่อไปนีK

- หน่วยยดึ ( Clamping Unit )

คือ ชุดอุปกรณ์ที5ทาํหน้าที5ยดึแม่พมิพ์และปิดเปิดแม่พมิพ์

- หน่วยฉีด (Injection Unit )

คือ ชุดอุปกรณ์ที5มีหน้าที5ป้อนเม็ดพลาสตกิ (Feeding) หลอมเม็ดพลาสตกิ(Plasticating หรือ melting) และส่งพลาสตกิหลอมเข้าแม่พมิพ์ (Metering)

- หน่วยควบคุม ( Control Unit )

เป็นชุดอุปกรณ์ที5ควบคุมระบบการทาํงานและกลไกต่างๆ ของเครื5อง

Page 30: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ
Page 31: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

เครื5องฉีด (Injection Molding Machine)

เครื5องฉีด (Injection Molding Machine)

Page 32: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

ชนิดของหน่วยฉีด (injection unit)

• Single stage plungerคือใช้ Plunger ตัวเดียว

• Two stage plungerคือมี Plunger 2 ตัว

• Two stage-screw plungerคือมี Plunger 1 ตัว และสกรู 1 ตัว

• Reciprocating screwคือมีสกรู 1 ตัว

Page 33: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

Single State Plunger

• ประมาณ 1/3 ของเครื�องฉีด เป็นประเภทนี�ตั�งแต่ปี ค.ศ. 1972 แต่ปัจจุบนัไม่ค่อยนิยมใช้แลว้

• ใช ้ plunger ในการบงัคบัใหว้สัดุผา่น torpedo หรือ spreader• ความร้อนจะถูกใหโ้ดย resistance heater และ วสัดุจะหลอมเหลวโดยกระบวนการนาํ

ความร้อน (conduction) และกระบวนการพาความร้อน (convection)• การไหลจะเป็นแบบ Laminar flow • ใหก้ารหลอมที�เป็นเนื�อเดียวกนั (homogeneous melt) ที�นอ้ยที�สุดในบรรดาระบบทั�งหลาย

Page 34: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

The two stage plunger-plunger (or plunger into a “pot”)

• ใช ้ Single stage plunger ในการ plasticize วสัดุ และบงัคบัใหว้สัดุเขา้ไปยงั cylinder ตวัที� 2 และที�นั�นวสัดุจะถูกฉีดเขา้ไปในแม่พิมพ์

Page 35: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

The two stage-screw plunger (screw-pot)

• คล้ายกบั plunger - plunger machine • ยกเว้นจะมีสกร ู 1 อนั ใช้สาํหรบัplasticate แทนที# plunger

Page 36: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

Reciprocating screw (In -line screw)

Page 37: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

Barrel

Screw

Solid Plastic

Plastic Melt

Mold

Reciprocating screw (In -line screw)

Page 38: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

วงจรการฉีด (Injection Molding Cycle)

วงจรการฉีด (Injection Molding Cycle)

www.pitac.gov.pk/jicamore/injbasic.htm

Page 39: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ
Page 40: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

• http://www.youtube.com/watch?v=eUthHS3MTdA

• http://www.youtube.com/watch?v=l1jNrmpx-Rw

Page 41: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

Reciprocating screw (In -line screw)

• ใชก้ารหมุนของสกรูในการหลอมวสัดุและในขณะที�สกรูหมุน วสัดุที�หลอมจะถูกบงัคบัใหไ้ปอยูข่า้งหนา้สกรูและจะมีแรงผลกัสกรูกลบั

• วสัดุจะถูกฉีดโดยการเคลื�อนที�ของสกรูไปขา้งหนา้ (ซึ�งตอนนี� สกรูทาํหนา้ที�เป็นเหมือน plunger) ใชก้นัมากที�สุดในปัจจุบนั

Page 42: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

• วสัดุถูกใส่เขา้ไปในกรวยเติมสาร ( hopper )

• นํ� ามนัที�อยูห่ลงั clamp ram จะทาํใหแ้ผน่แม่พิมพท์ี�เคลื�อนที�ได ้(moving platen) เคลื�อนที�ปิดแม่พิมพ ์ ความดนัหลงั clamp ram จะเพิ�มสูงขึ�น แรงเพียงพอที�จะทาํแม่พิมพป์ิดตลอดระยะเวลาของการฉีดถา้แรงที�เกิดจากพลาสติกมากกวา่ clamp force แม่พิมพจ์ะเปิดออกทาํใหพ้ลาสติกสามารถไหลออกมาบนผวิของแม่พิมพเ์กิดเป็นครีบ (flash) ซึ�งจะตอ้งกาํจดัออก

หลกัการพืKนฐานของ Reciprocating screw

Page 43: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

• ก่อนหนา้นี� วสัดุจะถูกทาํใหห้ลอมละลายดว้ยการหมุนของสกรู ซึ�งจะเปลี�ยนจากพลงังานกลใหก้ลายเป็นพลงังานความร้อนและรวมถึงความร้อนที�ไดจ้ากแผน่ใหค้วามร้อนที�หุม้อยูร่อบกระบอกฉีด

• เมื�อวสัดุหลอมมนัจะเคลื�อนไปขา้งหนา้ตามสนัสกรูไปจนถึงส่วนหนา้ของสกรูและความดนัที�เกิดขึ�นโดยวสัดุบนสกรูจะผลกัสกรูและระบบขบัเคลื�อนสกรู (screw drive system) รวมทั�ง มอร์เตอร์ไฮดรอลิค (hydraulic motor) กลบั เหลือไวแ้ต่กองของวสัดุที�หลอมเหลวไวห้นา้สกรู

• สกรูจะหมุนต่อไปเรื�อย ๆ จนกระทั�งการเคลื�อนที�ถอยหลงัของสกรู (rearward motion) ชนกบัสวิตซ์อนัหนึ�งซึ�งเรียกวา่ limit switch ซึ�งจะทาํใหเ้กิดการหยดุหมุนของสกรู

Page 44: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

• limit switch สามารถปรับได้ และตาํแหน่งของมันจะเป็นตวักาํหนดปริมาณของวัสดุที*อยู่หน้าสกรู (ขนาดของ shot)

• การกระทาํที*มีลักษณะคล้ายปั2ม(Pumping action) ของสกรูยังจะผลักกระบอกสูบไฮดรอลิคซึ*งอยู่ ข้างละ 1 อันของสกรูกลับ การไหลของนํ >ามันจากกระบอกสูบไฮโดรลิค จะสามารถปรับได้จากวาล์วให้เหมาะสมซึ*งเรียกว่า ความดนัย้อนกลับ (back pressure) ซึ*งจะสามารถปรับได้จาก 0 ถงึ 400 p.s.i

• เครื*องฉีดส่วนใหญ่จะชักสกรูกลับเล็กน้อย (retract) ที*จุดนี >เพื*อ “decompress” วัสดุเพื*อไม่ให้ไหลย้อย (drool out) จากหวัฉีด ซึ*งเราเรียกว่า “suck back” และสามารถควบคุมได้โดยการจับเวลา

Page 45: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

• กระบอกสูบไฮโดรลคิของเครื5องฉีดทัKง 2 ตวั จะนําสกรูเคลื5อนที5ไปข้างหน้าฉีดวสัดุเข้าแม่พมิพ์

• ความดนัของเครื5องฉีดจะถูกรักษาไว้ให้คงที5เป็นระยะเวลาหนึ5ง • ที5หัวของสกรูจะมีวาล์วปิดคอยป้องกนัวสัดุไม่ให้รั5วเข้าไปในสัน

สกรูของสกรูระหว่างการฉีด วาล์วนีKจะเปิดเมื5อสกรูหมุนทาํให้พลาสตกิไหลเข้าไปอยู่ข้างหน้ามันได้

• ความเร็วของนํKามันและความดนัในกระบอกสูบทัKง 2 จะทาํให้มีความเร็วที5มากพอที5จะเตมิวสัดุให้เตม็แม่พมิพ์ให้เร็วที5สุดเท่าที5จาํเป็นและรักษาความดนันีKเพยีงพอที5จะขึKนรูปผลติภณัฑ์โดยปราศจากข้อบกพร่องต่าง ๆ

Page 46: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

• เมื�อวสัดุเยน็ตวัลงมกัจะมีความหนืดมากขึ�นและแขง็ตวัถึงจุดที�การรักษาความดนัของการฉีดใหค้งที�ไวไ้ม่มีประโยชน์อะไร

• ความร้อนจะค่อยๆถูกเอาออกจากแม่พิมพ ์ โดยการไหลเวียนของตวัหล่อเยน็ (โดยทั�วไปจะเป็นนํ�า) ผา่นรูที�เจาะไวใ้นแม่พิมพ ์เวลาในการทาํใหพ้ลาสติกแขง็ตวัจนกระทั�งมนัจะสามารถถูกกระทุง้ออกจากแม่พิมพไ์ดจ้ะถูกตั�งไวบ้นตวัจบัเวลา (clamp timer) เมื�อหมดเวลา ฝาแม่พิมพส์่วนที�เคลื�อนที�ไดจ้ะกลบัขึ�นสู่ตาํแหน่งเดิมและแม่พิมพก์จ็ะถูกเปิดออก

• กลไกการกระทุง้ออกจะแยกผลิตภณัฑจ์ากแม่พิมพแ์ละเครื�องจะพร้อมสาํหรับการทาํงานในรอบต่อไป

Page 47: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

INJECTION MOLDING CYCLE TIMEวงจรการฉีด (Injection Molding Cycle)

หล่อเยน็

Page 48: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

วงจรการฉีด (Injection Molding Cycle)

Page 49: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

แม่พมิพ์ (mold)

• ที�แม่พิมพจ์ะมีท่อหล่อเยน็ (Cooling channels) ที�ซึ� งมีนํ�าไหลเขา้ออกอุณหภูมิของนํ�าจะแตกต่างกนัไปขึ�นกบัชนิดของผลิตภณัฑ์

• นํ�าเยน็จะใหว้งจรการผลิตสั�นกวา่นํ�าอุ่น แต่ในบางครั� งเรากต็อ้งใชแ้ม่พิมพท์ี�อุณหภูมิไม่ตํ�ามาก เช่น พวกพอลิเมอร์กึ�งผลึกเพื�อใหไ้ดส้มบตัิที�ดีบางประการ

Page 50: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ
Page 51: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

• ส่วนประกอบหลักของแม่พมิพ์ ประกอบไปด้วย

- Cavities and core

- Base ที*ซึ*ง cavities & core ยดึตดิอยู่

• แม่พมิพ์จะประกอบด้วย Cavities มากกว่า 1 ซึ*งจะมีส่วนพื >นฐาน 2 ส่วน

- Stationary mold half ซึ*งจะเป็นด้านอยู่ กับที*ที*พลาสตกิจะถูกฉีดเข้าไป

- Moving half จะอยู่บนด้านที*ปิดเข้ามาหรือด้านที*คอยกระทุ้งผลิตภณัฑ์

Page 52: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ
Page 53: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

ส่วนประกอบของแม่พมิพ์ หน้าที5

ฐานแม่พมิพ์ (mold base) ยดึ cavity ให้ตรงตาํแหน่งกบัหัวฉีดของเครื5อง

Guide pins รักษาตาํแหน่งการวางตวัของแม่พมิพ์ทัKงสองด้านให้เหมาะสม

Sprue bushing (sprue) เป็นทางผ่านเข้าไปยงัส่วนภายในของแม่พมิพ์

Runners เป็นทางลาํเลยีงพลาสตกิหลอมจาก sprue ไป cavity

Gates ควบคุมการไหลเข้า cavity

Cavity (female) and force (male) ควบคุมขนาดรูปร่างและลกัษณะพืKนผวิของผลติภณัฑ์ที5จะได้จากการขึKนรูป

ท่อนํKา (water channels) ควบคุมอุณหภูมิของพืKนผวิแม่พมิพ์เพื5อให้พลาสตกิเยน็ตวัลงจนมีลกัษณะเป็นของแขง็

ทางระบายอากาศ (vents) เป็นการปล่อยให้อากาศหรือก๊าซที5ถูกจบัเข้ามาออกไป

กลไกการกระทุ้ง (pins, blades, stripper

plate)

เป็นตวักระทุ้งหรือปลดชิKนงานออกจาก cavity หรือ force

Ejector return pins เป็นตวันําหยุดกระทุ้ง (ejector pins) กลบัคืนไปที5ตาํแหน่งเดมิเมื5อแม่พมิพ์ปิดสําหรับเริ5มการผลติในวงจรต่อไป

Page 54: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

Split Mould for Turbine Blade

Page 55: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

• ในบางกรณี Cavity จะมีทั�งส่วนที�อยูใ่น stationary และส่วนที�อยู่ใน moving sections

• Cavities จะมีส่วนประกอบสาํคญั คือ sprue, runner และ gate

Page 56: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

ตวัอย่างชิKนงานฉีดที5ได้จากเครื5องฉีด

SprueRunner

Gate

Page 57: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

หน้าที5สําคญัของ gate

• ทาํใหเ้กิดการแขง็ตวัของพอลิเมอร์ที�รวดเร็ว เมื�อเสร็จสิ�นการฉีดซึ�งทาํใหเ้กิดการแยกตวัอยา่งชดัเจนของ cavity และทาํใหส้กรูสามารถถอยกลบัไป

• ลกัษณะของส่วนที�บางและแคบ ของ gate ทาํใหส้ามารถฉีกแยกชิ�นงานออกไปไดง้่าย

• ทาํใหอ้ตัราเฉือน(shear rate) เพิ�มขึ�นเมื�อพอลิเมอร์หลอมไหลผา่นเขา้ไปทาํใหค้วามหนาลดลงและช่วยใหก้ารเติมแม่พิมพไ์ดง้่ายและรวดเร็วขึ�นสาํหรับชิ�นงานที�มีรูปร่างซบัซอ้น

Page 58: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

สําหรับแม่พมิพ์ของเทอร์โมพลาสติกที5สําคญัแบ่งตามจํานวน Plate จะมี 2 ชนิดได้แก่

1) two-plate mold

คือ แม่พมิพ์ที5มี 2 แผ่นประกบกนัและมีทางไหลหรือ runner ที5มีอุณหภูมิน้อยกว่า Tg หรือ Tm

2) three-plate mold

คือ แม่พมิพ์ประกอบด้วย 3 แผ่นประกบกนัและมี runner

Page 59: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

ซึ�งในแต่ละแบบยงัสามารถแยกออกตามลกัษณะของ Runner ที�ได ้ไดแ้ก่

1) hot-runner mold

คือ แม่พมิพ์ที5มี Runner ที5มีอุณหภูมิมากกว่า Tg หรือ Tm

2) cold-runner mold

คือ แม่พมิพ์ที5มี Runner ที5มีอุณหภูมิน้อยกว่า Tg หรือ Tm

นอกจากนีK ยงัมีลกัษณะแม่พมิพ์ที5 เรียกว่า Stacked mold ซึ5งหมายถึง แม่พมิพ์ที5ประกอบด้วยชัKนหลายๆ ชัKน

Page 60: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

Two-plate mold

Page 61: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

Three-plate mold

Page 62: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

ลกัษณะโครงสร้างโดยทั5วไปของแม่พมิพ์แบบ two plate hot runner mold

(ก) แบบให้ความร้อนภายนอก (ข) แบบให้ความร้อนภายใน

Page 63: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

แม่พมิพ์แบบ stacked mold

Page 64: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

ข้อดแีละข้อเสียของกระบวนการฉีด ข้อดี• ให้อตัราการผลติสูง (high production rate)• เป็นกระบวนการอตัโนมัติ (highly automatic)• สามารถผลติชิKนงานที5มีขนาดและรูปร่างได้ตรงตามกาํหนด• ไม่ต้องการการตกแต่งมาก (no finishing)• มีเศษชิKนงานเหลือน้อย (minimal scrap)• สามารถเปลี5ยนวสัดุที5ใช้ได้โดยไม่ต้องเปลี5ยนเครื5องฉีดหรือแม่พมิพ์

ข้อเสีย• ราคาแม่พมิพ์สูง• ราคาเครื5องฉีดสูง

Page 65: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

bc

a

QUIZ 4 ตาํแหน่งใดแสดง gate

d

Page 66: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ
Page 67: Intro to Polymer Rheology and Processeseng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/administrator/... · 2015-08-27 · คือมีสกรู 1 ตัว Single State Plunger • ประมาณ

Three-plate mold