Brizganje

Brizganje je postopek za proizvodnjo izdelkov z brizganjem staljenega polimera ali stekla in kovine v kalup. Material se dovaja v cilinder, s polžem zmeša in vbrizga v votlino kalupa, ohladi in izbije.  Kalupi, orodja iz jekla ali aluminija, so kompleksni, lahko tudi dražji od stroja, in definirajo tip brizganja. Imajo eno ali mnogo votlin, enake ali različne, pogosto so v orodja integrirane druge funkcije za doziranje ali vlaganje drugih materialov. Za izdelavo prototipnih serij izdelkov so primerna enostavna, cenejša in lita 3D-tiskana orodja. Orodja delimo glede na konstrukcijo in geometrijo izdelka na dvo-, triploščno in etažno; glede na vrsto snemanja na odtrgalno, snemalno, drsniško, čeljustno, odvijalno; glede na vrsto dolivka pa na vročekanalno, izolirno in kanalno orodje ter orodje za integrirane tehnologije, za večkomponentno brizganje, za brizgalno stiskanje, zabrizgavanje, fluidno in mikrobrizganje ter kombinacije vseh teh. Vročekanalna tehnika VK se širi kljub precej višjim cenam. Poznamo ogrevane in hladne šobe, ki jih odtalimo pri vsakem brizgu. Igelnozaporne šobe zapiramo z iglo, ki sega skozi kanal ali poševno s strani v ustje.

Za nov izdelek moramo uskladiti stroj in orodje:

a) dimenzije plošč, razmak vodil, višina orodja, hod odpiranja;
b) zapiralna sila približno 600 barov, večja od pritiska x-površine brizganca;
c) brizgalni volumen in pritisk, npr. 1000–2000 b;
d) geometrija polža in kapaciteta plastificiranja;
e) zadrževalni čas taline;
f) odpiranje drsnikov, izmetavanje;
g) vpihavanje N₂, CO₂, vstavljanje etiket.

Brizgalke imajo naslednje enote:

• Zapiralna enota mora s čim večjo silo, hitro in točno zapreti gibljivo nosilno ploščo, dobro vpeti orodje in ga odpirati, zapirati ter stiskati s silo, večjo od odpiralne sile, ki jo izvaja masa pri polnjenju kalupa, in izvreči izdelek. Uporabljamo več načinov zapiranja:
  
  a) dvofunkcijske cilindre z notranjim preklopom na majhno površino – dobimo zelo hitro zapiranje z majhno silo, na koncu poti pa počasno zapiranje z veliko silo;
  
  b) kolenski vzvod, škarje s 5 točkami vrtenja, je razširjen način zapiranja tudi za super hitre brizgalke, sistem vzvodov silo cilindra poveča do 24-krat, obenem je ob koncu zapiranja samodejno dosežena večja sila in najmanjša hitrost, ima od 2 do 5-krat večjo začetno silo odpiranja; slabost je omejena dolžina odpiranja ter v primeru različnih debelin orodij premikanje del zapiralne grupe;
  
  c) centralni hidravlični cilinder se vse manj uporablja: vodila so občutljiv del, pri odpiranju se podaljšajo za > 1 mm, pogoste so poškodbe s prevelikim brizgalnim pritiskom, ki orodje delno odpre, škarje pa tej sili ne popustijo;
  
  d) električne brizgalke s prihrankom energije in precizno regulacijo imajo zapiranje z vretenom. Dvoploščne brizgalke nimajo tretje plošče, ki nosi stebre in cilinder, pri brizgalkah brez stebrov za delo z roboti plošča drsi na vodilu. Na trgu so stroji do 10 tt za volumen izdelka do 200 litrov. Zapiralna sila naj bo večja od notranjega pritiska (cca 600 b) pomnoženega s površino izdelka, sicer pride do težko popravljivih napak. Nezapolnjen izdelek nastane, ko v čelu tečenja zmanjka nadpritiska. Preliv mase med delilne ploskve nastane, ko se gnezdo napolni in se pritisk po celem gnezdu izenači ter ga ne preklopimo na naknadni pritisk. Valovi nastanejo, če se kožica na čelu tečenja ciklično zapira in trga. Če se orodje rahlo odpre, kožica pa prepreči preliv, se izdelek napne in je težji.

• Brizgalna enota je sestavljena iz enega ali več polžev s cilindri. Zagotovi zadostno količino homogene taline pri čim nižji temperaturi z vrtenjem polža in stalnim časom doziranja v cilinder. Granulat segrevamo z grelci na cilindru in s frikcijsko toploto (zaradi strižnih sil pri rotaciji). Protipritisk polža uravnavamo vsaj v dveh fazah. Komprimirana talina v predprostoru polža pomika gibljivi polž nazaj, dokler ni dosežena nastavljena pot za količino materiala. Primikanje/odmikanje cilindra od orodja uporabimo za preprečevanje toplote na orodje. Polž se nato preneha vrteti in kot bat vbrizgne talino v orodno votlino s hitrostjo vbrizgavanja, npr. v osmih fazah in pri pritisku v nastavljivih stopnjah. Preklop s pritiska vbrizgavanja na naknadni pritisk poteka v več fazah. Plastificiranje se začne pred vbrizgavanjem ali po končanem naknadnem pritisku. Dekompresijo dosežemo z rahlim pomikom polža nazaj. 
  Energija za taljenje se dovaja iz grelcev in s strižno silo polža. Na cilindru nabere film taline, ki ga vijačnica postrga. Dobimo sloj taline pred grebenom vijačnice, ki se postopoma povečuje. Povečanje plastificiranja dosežemo z dvohodnim triconskim polžem ali bariernimi polži, ki povečajo plastificiranje za 30 %. Barierna vijačnica loči talino od granulata. Mešalni elementi so priporočljivi, če vmešavamo polnila, dispergiranje povečamo s strižnimi elementi. Lastnosti polža so: L/D-razmerje med dolžino in premerom 19–25, ki določa čas plastificiranja.
  Kompresija 1,6–3,5 za PET in PVC ali PE in razmerje med višino reber ob vstopu/izstopu določa segrevanje. Standardni polži so optimalni, mešalni za dodatke, občutljivi za PVC, PET, duroplaste in elastomere, odplinjevalni z dekompresijsko cono za regenerate.

Plastificiranje v kg/h naj bo večje, kot je teža enkratnega vbrizga krat število ciklov na uro. Polž naj bo bolj gladek kot cilinder, slabše doziranje omejuje plastificiranje, povečuje vnos zraka in ožgane lise na izdelkih. Število obratov sorazmerno skrajšuje dozirni čas, PC in PMMA drsita hitreje kot PP. Protipritisk malo vpliva na doziranje. Pritisk vzdolž dolžine polža je odvisen od viskoznosti taline, pri viskoznih se v kompresijski coni dvigne na nekajkratno vrednost, kar vpliva na navor, ne pa na temperaturo, ki se dviga vzdolž dolžine. Iztiskanje zraka je večji problem kot taljenje granul. Strdki granul z vmesnim zrakom so obliti s talino. Nastajajo mehurčki, razlika pritiskov jih potiska proti lijaku, da pobegnejo do naslednjega brizga, v nasprotno smer deluje potovanje strdkov, ki odnašajo mehurčke proti glavi.

Zadrževalni čas na temperaturi podobni temperaturi brizgalne enote je le nekaj minut in je določen s kemijsko občutljivostjo materiala. Odpiranje drsnikov, odvijanje jeder, vlaganje vložkov z neodvisnim pogonom zahteva prirejeno krmiljenje. Negativne kote obvladujemo s čeljustnimi orodji ali z drsniki s poševnimi stebri ali hidravličnimi cilindri. Vlaga, pretanek ali napačno postavljen dolivek, premajhen brizgalni in protipritisk ali prekratek naknadni pritisk, napačne temperature taline in orodja drastično poslabšajo kvaliteto izdelka. Električne brizgalke z motorjem in vretenom imajo direkten pogon preko sinhronih servomotorjev, s čimer sta dosežena hitrost vbrizgavanja 300 mm/s in pritisk 3000 barov ter prihranek energije ob visoki preciznosti. Brizgalni kompaunder IMC združuje kontinuirni istosmerni dvopolžni ekstruder, ki zagotavlja optimalno homogeniziranje z diskontinuirno batno brizgalko, za prehod pa se uporablja puferni rezervoar, ni se pa zelo razširil. Stroji imajo še krmilne in pogonske enote.

• Integrirano in hibridno brizganje omogoča kombinacijo različnih materialov, vložkov, votlin, funkcionalnih površin in dekorja v enem samem ciklusu brez vmesnega hlajenja in izmetavanja ter montažo tudi gibljivih delov izdelka v enem samem v ciklusu in orodju. Postopki postajajo standard, ki edini lahko nudijo cenovno in kvalitetno konkurenčni izdelek. Vključujejo širok niz materialov, tehnologij in funkcij – najprej so se ti postopki uveljavili za avtomobilske dele. Primer je brizganje kompletnih avtomobilskih vrat v etažnem orodju. Zabrizgamo lak folijo na zunanji steni in dekorativni tekstil na notranji steni, vključno z veznimi elementi, med ciklusom se srednji del orodja odmakne, vstavi se okvir z mehanizmom za odpiranje, nakar se izbrizgajo vezni elementi z možnostjo demontaže. Možna je razvrstitev vrst brizganja v skupine zabrizganja, večkomponentno brizganje, za votle izdelke in specialne postopke z uporabo novih materialov in funkcij. Za mnoge izdelke so nekatere kombinacije postale edina rešitev, zato v nadaljevanju na kratko opisujemo posamezne rešitve. Uporabljajo se kratice IM (v orodju) z D, L, C, A za dekoracijo, etikete, premaz in montažo.

• Fluidno brizganje FIT kot drugo komponento pri 2K uporablja fluidne snovi, plin pri GIT, vodo pri WIT ali pene pri sendvič postopku. Imamo manjši pritisk do 400 b in deformacije, cenejša orodja in krajši ciklus, za vročekanalni sistem GIT ne potrebujemo dodatne šobe. Vodo izpihavamo z zrakom za boljšo porazdelitev debelin in 70 % krajše čase hlajenja. Pri GIT imamo majhne injektorje pod 3/100 mm, pri WIT pa premer vsaj 4 mm za izdelke premera do 40 mm. Kombinacija GIT/WIT združuje prednosti obeh. Projektilno brizganje PIT dopolnjuje GIT in WIT, projektil je pritrjen na injektor, fluid ga potiska skozi kanal in ga tako oblikuje.

• Zabrizgavanje dekorja IMD, furnirja, tekstila, usnja, ali vezij 3D-MID se uporablja za najdražji avtomobilski interier, pogosto v kombinaciji z brizgalnim stiskanjem. Dvojna IMD-tehnologija za avtomobilski interier: v kockasto orodje vložijo osnovni tekstil ali usnje, nato se blok zavrti za 90° in delno zabrizga, nato se ponovno zavrti in z druge strani stroja vloži predizrezan drugi dekorativni material, se spet zavrti in zabrizga drugi del. Zabrizgavanje folije PEEK z nanešenimi vodniki za 3D-MID omogoča proizvodnjo fleksibilnih ali trdnih vezij. Za IMD z brizgalnim stiskanjem je slika natiskana na PET-foliji na roli in se uvaja iz odvijalnika med obe polovici orodja in fiksira z okvirjem. Za 2K/IML za RFID-etikete je drsnik med prvim brizgom ugreznjen v votlino, nalepljeno pa ima etiketo, po umiku drsnika v naslednjem brizgu zabrizgamo etiketo v sredino izdelka. 3K/insertno brizganje je za zabrizgavanje LED-diod, uporov in kontaktov v svetila. Brizgalno stiskanje/varioterm//IMC (lakiranje) uporabimo za lakiranje v orodju: s ponovnim odpiranjem orodja za 20 μ nastane v tankem sloju vakuum, vanj vbrizgamo na praske odporen lak, z variotherm postopkom s keramičnimi grelci imamo med brizgom T orodja 60 °C, nato pa za utrjevanje laka 115 °C. Lakirane IML/tankostensko brizgane kozarce s steno 0,2 mm izbrizgajo s hitrim strojem v 0,06 s; pri klasičnem brizganju je namreč kožica debela do 12 % debeline, za tečenje ostaja le 80 % prostora. Dvofolijski IML (etiketiranje) je za razne globinske efekte: etikete vložijo na obe polovici orodij in vbrizgnejo vmes. Penjen IML/CO2 je za lahke kadice za sladoled. Formiranje IMF-hibridov izvedemo z oblikovanimi pločevinskimi ali kompozitnimi deli za sprednjo steno avtomobila; pri IMP (performing) pa vstavljamo neoblikovane odrezke pločevine, ki jih vtisnemo pri brizganju v istem ciklusu. Direktno prešanje neskončnih vlaken za vrata avtomobila z zabrizgavanjem z dolgovlaknatim kompaundom JFT je hitra proizvodnja termoplastičnih kompozitov. Odprta plazma na brizgalkah služi za spajanje keramike, dekorativne folije, elastomerov s plastiko. In-line aktiviramo površine tako, da na površino izdelka priklopimo polimerne modifikatorje, to so dolgoverižne spojine kot PVA ali PEI.

• Večkomponentno MK brizganje na enem izdelku z obračalnim orodjem združi več funkcij ali barv, kot trdo/mehko, termoplast/duroplast, mokro/mokro, intervalno brizganje z dvema barvama, ki tečeta ena v drugo, monosendvič z mehkim jedrom in trdo lupino, votli zavarjeni izdelki z vložkom, 3K-postopek z orodjem z dvema paralelnima delilnima ravninama s 4-stopenjskim obračanjem srednje plošče. 2K/mikrogalvanika je odlična za kovinske dele: prototip zabrizgamo s polovicama, odprtino polnimo z galvano Ni. Brizganje lupine je 2K- variacija, prozorno lupino prebrizgajo z obarvanim materialom, enakim ali z različnim, dobimo globinski efekt, ker se materiala delno mešata. Kombinacijo 4K/hibrid/IM/IMA/sekvenčno brizganje uporabljajo za vrata in kontrolne plošče. Sendvič/vodno brizganje 2K-WIT je kombinacija 2K-sendvič brizganja lupine in jedra ter z zamikom vbrizgavanje vode, ki razširi talino po votlini. 2K-CO₂ penjenje je postopek za prebrizgavanje nosilnega materiala z zelo mehko peno TPE. 2K/montažno brizganje omogoča najhitrejšo izdelavo in montažo dvodelnih zapork za olje. MK/IMD/GIT za dvokomponentni pivski zaboj ima vlaganje dekoracij in plinsko brizganje votlih sten in ročaja. 2K/kompaundiranje/reakcijski liv omogoča zabrizgavanje PA66 z zamreženim TPU-X v ciklusu 60 s.
  
  
• Brizgalno pihanje plastenk PET je dvofazno, brizgamo predforme in jih nato napihnemo. Za brizganje votlih kompleksnih delov, npr. tenis loparja, uporabimo taljiva jedra SnBI. Brizgalno pihamo tudi 2K-PET predforme z bariernim EVOH kot jedrom sendviča.
  
  
• Sekvenčno brizganje uporabi več dolivnih šob, ki se zaporedno odpirajo v trenutku, ko do njih priteče talina. S tem lahko brizgamo zelo dolge izdelke, ker se nadaljuje enotno čelo tečenje in prepreči vidne ali oslabljene linije spajanja. Ekstruzijsko brizganje za zelo dolge izdelke uporablja orodje z dolgim drsnikom, ki odpira orodno votlino, sinhronizirano z brizganjem polža.
  
  
• Montaža v orodju MK/IMA je brizganje več delov, ki so gibljivo sklopljeni, npr. os–puša, z gibljivimi šarnirji in zaskočnimi spoji ali pa jih spajamo z brizganimi zakovicami ali kanalom.
  
  
• Mikropenjenje polimerov uporablja super kritični CO₂, ki ga je možno dobro dozirati in krmiliti. V cilinder jih uvajamo preko injektorjev, potrebni so specialni polži L/D = 28 in zapiralna šoba. V orodju nastane mikrocelularna struktura. V primerjavi s penjenjem s kemijskimi penili da penjenje s scCO₂ trdnejšo strukturo z gladkimi stenami, predvsem pa se izolativnost z manjšanjem por močno poveča.

• Prašnato brizganje PIM: Po postopku MIM se uporabljajo kovine, kot so magnet NdFeB, jeklo, Ti, Ni, Co in Al-zlitine, pri CIM pa keramiko, karbidne trdine, okside Al in Zr, karbide ter nitride. Prah pomešamo s polimeri in brizgamo zelene surovce, vezivo odstranimo z žarenjem in sintramo.
  
  
• Tritaktno tandemsko brizganje za tridelne izdelke: med hlajenjem stroj izbrizga nov izdelek v drugo delilno ravnino v orodju paralelno prvi.
  
  
• Izotermno brizganje IIM: plastiko, npr. PA, PC, strdimo z visokim pritiskom nad 2500 b, pri čemer ohlajanje ni potrebno. Ultrazvočno ekspanzijsko mikrobrizganje izkorišča US plastificiranje in stisljivost termoplastov pod velikim pritiskom.
  Pri izdelavi novega izdelka ali istega z novim orodjem, novim strojem ali novim materialom moramo najprej preveriti priporočene parametre predelave na tehničnem listu proizvajalca, nato pa pričeti z nekoliko nižjim doziranjem, temperaturo in pritiskom, da se izognemo nevarnosti predoziranja, ki lahko poškoduje orodje ali stroj. Za primere uporabe reciklatov ali če nimamo podatkov proizvajalca, pa uporabimo okvirne podatke, navedene v tabeli.