แม่พิมพ์ฉีดพลาสติกเป็นเครื่องมือที่ใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์พลาสติก ก่อนที่จะออกแบบแม่พิมพ์ จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องทำความเข้าใจและเชี่ยวชาญคุณสมบัติของพลาสติกอย่างละเอียดถี่ถ้วน การมีความรู้ความเข้าใจอย่างถ่องแท้ในกระบวนการขึ้นรูปพลาสติกเท่านั้นที่จะช่วยให้สามารถควบคุมขนาดของแม่พิมพ์และผลิตภัณฑ์พลาสติกได้อย่างแม่นยำ ทำให้มั่นใจได้ว่าการออกแบบแม่พิมพ์มีคุณภาพสูง.
1.1 พลาสติก ข้อดีและข้อเสียของพลาสติก
1.1.1 พลาสติกคืออะไร?
ตามมาตรฐานแห่งชาติ (GB/T2035-2008) พลาสติกถูกนิยามว่าเป็นวัสดุสังเคราะห์ประเภทพอลิเมอร์ที่ประกอบด้วยเรซินอินทรีย์สังเคราะห์เป็นหลัก โดยอาจมีหรือไม่มีส่วนผสมอื่นๆ (สารเติมแต่ง) โดยทั่วไปแล้วสามารถขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างเฉพาะได้ภายใต้สภาวะความร้อนและความดัน และรูปร่างนั้นจะคงอยู่ไม่เปลี่ยนแปลงที่อุณหภูมิห้อง.
เรซินบางชนิด เช่น โพลีเอทิลีน โพลีสไตรีน และไนลอน สามารถนำมาใช้เป็นพลาสติกได้โดยตรง อย่างไรก็ตาม เรซินส่วนใหญ่ เช่น เรซินฟีนอล เรซินอะมิโน และโพลีไวนิลคลอไรด์ จำเป็นต้องเติมสารเติมแต่งบางชนิดก่อนจึงจะสามารถนำมาใช้เป็นพลาสติกได้.
พลาสติกมีการใช้งานที่หลากหลาย และผลิตภัณฑ์จากพลาสติกก็มีความหลากหลายมาก พลาสติกมีหลายประเภท แต่ละประเภทมีคุณสมบัติแตกต่างกัน พลาสติกสามารถอยู่ในสถานะไหลได้เหมือนแก้ว ยืดหยุ่น และหนืด โดยทั่วไปจะขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์ โดยวิธีการขึ้นรูปมาตรฐาน ได้แก่ การฉีดขึ้นรูป การอัดรีด การเป่าขึ้นรูป การอัดขึ้นรูป และการถ่ายโอนขึ้นรูป.
1.1.2 ข้อดีของพลาสติก
ข้อดีของพลาสติก ได้แก่:
1. ง่ายต่อการแปรรูปและขึ้นรูป เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมากแบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบด้วยต้นทุนต่ำ
พลาสติกสามารถขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ได้แม้กระทั่งรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อน และประสิทธิภาพการผลิตสูงกว่าการแปรรูปโลหะมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งผลิตภัณฑ์พลาสติกขึ้นรูปด้วยการฉีด สามารถผลิตชิ้นงานที่ซับซ้อนมากได้ในขั้นตอนเดียว.
เนื่องจากกระบวนการผลิตที่ง่ายและความสามารถในการผลิตจำนวนมากโดยใช้อุปกรณ์ต้นทุนต่ำ ผลิตภัณฑ์พลาสติกจึงมีต้นทุนที่คุ้มค่า.
2. สามารถปรับแต่งสีได้ และมีผลิตภัณฑ์โปร่งใส
พลาสติกสามารถย้อมสีได้ง่ายเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ที่มีสีสันสดใส หรือโปร่งใส การผสมพลาสติกชนิดต่างๆ เข้าด้วยกัน, นอกจากนี้ ยังสามารถผลิตสินค้าที่มีลักษณะเป็นประกายมุก ซึ่งช่วยเพิ่มมูลค่าและทำให้สินค้าดูสดใสสวยงามยิ่งขึ้น.
3. น้ำหนักเบาแต่มีความแข็งแรงจำเพาะสูง
พลาสติกส่วนใหญ่มีความหนาแน่นใกล้เคียงกับน้ำ ประมาณ 1.0 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร เมื่อเทียบกับโลหะและเซรามิกแล้ว พลาสติกมีน้ำหนักเบา แม้ว่าความแข็งแรงเชิงกลของพลาสติกจะไม่สูงเท่าโลหะหรือเซรามิก แต่ความแข็งแรงจำเพาะ (อัตราส่วนความแข็งแรงต่อความหนาแน่น) ค่อนข้างสูง ทำให้สามารถผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีน้ำหนักเบาและแข็งแรงสูงได้ นอกจากนี้ การเติมเส้นใยแก้วลงในพลาสติกยังสามารถเพิ่มความแข็งแรงและความทนทานต่อการสึกหรอได้อย่างมาก.
4. ป้องกันสนิมและทนต่อการกัดกร่อน
พลาสติกไม่เป็นสนิมเหมือนโลหะ และไม่ผุกร่อนเมื่อสัมผัสกับสารเคมี นอกจากนี้ยังทนต่อกรด ด่าง เกลือ น้ำมัน สารเคมี ความชื้น และเชื้อรา ทำให้มีความทนทานสูงในสภาพแวดล้อมต่างๆ.
5. ค่าการนำความร้อนต่ำและฉนวนกันความร้อนที่ดีเยี่ยม
พลาสติกมีค่าความจุความร้อนจำเพาะสูงและค่าการนำความร้อนต่ำ ทำให้เป็นตัวนำความร้อนที่ไม่ดี ส่งผลให้เป็นฉนวนกันความร้อนและกักเก็บความร้อนได้ดีเยี่ยม.
6. เหมาะสำหรับงานนำไฟฟ้าและฉนวน
โดยธรรมชาติแล้วพลาสติกเป็นวัสดุฉนวนที่ดีเยี่ยม แทบไม่มีชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ใดในปัจจุบันที่ไม่ใช้พลาสติก นอกจากนี้ การเติมผงโลหะหรือเศษโลหะลงในพลาสติกยังสามารถผลิตผลิตภัณฑ์นำไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพดีเยี่ยมได้อีกด้วย.
7. คุณสมบัติเด่นด้านการดูดซับแรงกระแทก ลดเสียงรบกวน และการส่งผ่านแสง
พลาสติกมีคุณสมบัติในการดูดซับแรงกระแทกและลดเสียงรบกวนได้ดีเยี่ยม พลาสติกโปร่งใส (เช่น PMMA, PS, PC) สามารถนำไปผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีความแม่นยำสูง เช่น เลนส์ ป้าย และฝาครอบต่างๆ ได้.
1.1.3 ข้อเสียของพลาสติก
ข้อเสียของพลาสติก ได้แก่:
1. ทนความร้อนต่ำและติดไฟง่าย: นี่คือข้อเสียที่สำคัญที่สุดของพลาสติก เมื่อเทียบกับโลหะและเซรามิก พลาสติกทนความร้อนได้ต่ำกว่ามาก เสียรูปทรงได้ง่ายที่อุณหภูมิสูงขึ้นเล็กน้อย และติดไฟได้ง่าย พลาสติกส่วนใหญ่สามารถก่อให้เกิดความร้อน ควัน และก๊าซพิษเมื่อเผาไหม้ แม้แต่เรซินเทอร์โมเซตติงก็ยังปล่อยควันและเริ่มแตกเป็นชิ้นเล็กๆ เมื่ออุณหภูมิเกิน 200°C.
2. คุณสมบัติเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ ไม่เพียงแต่ที่อุณหภูมิสูงเท่านั้น แต่แม้กระทั่งที่อุณหภูมิต่ำ คุณสมบัติต่างๆ ของพลาสติกก็สามารถเปลี่ยนแปลงได้เช่นกัน.
3. ความแข็งแรงเชิงกลต่ำ เมื่อเทียบกับโลหะที่มีปริมาตรเท่ากัน พลาสติกมีความแข็งแรงเชิงกลต่ำกว่ามาก ความแตกต่างนี้เห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษในผลิตภัณฑ์พลาสติกที่มีผนังบาง.
4. ไวต่อการกัดกร่อนจากตัวทำละลายและสารเคมีบางชนิด โดยทั่วไปแล้ว สารเคมีไม่กัดกร่อนพลาสติกได้ง่าย อย่างไรก็ตาม พลาสติกบางชนิด เช่น PC (โพลีคาร์บอเนต), ABS และ PS (โพลีสไตรีน) จะถูกกัดกร่อนได้ง่ายจากตัวทำละลายและสารเคมีบางชนิด และมีความต้านทานต่ำ โดยทั่วไปแล้ว เรซินเทอร์โมเซตติงจะมีประสิทธิภาพดีกว่าและไวต่อการกัดกร่อนน้อยกว่า.
5. พลาสติกมีความทนทานต่อสภาพอากาศต่ำและเสื่อมสภาพเร็ว พลาสติกไม่ทนทานในด้านความแข็งแรง ความเงางามของพื้นผิว หรือความโปร่งใส และจะเสียรูปทรงเมื่อรับน้ำหนัก นอกจากนี้ พลาสติกทุกชนิดยังไวต่อรังสีอัลตราไวโอเลตและแสงแดด และเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วภายใต้แสง ออกซิเจน ความร้อน น้ำ และสภาพบรรยากาศ.
6. เสียหายง่ายและมีแนวโน้มที่จะปนเปื้อนฝุ่นและสิ่งสกปรก พลาสติกมีความแข็งของพื้นผิวค่อนข้างต่ำและเสียหายได้ง่าย นอกจากนี้ เนื่องจากเป็นฉนวน จึงนำไฟฟ้าสถิต ทำให้ดึงดูดฝุ่นได้ง่าย.
7. ความเสถียรของขนาดต่ำ เมื่อเทียบกับโลหะ พลาสติกมีอัตราการหดตัวสูงและได้รับผลกระทบได้ง่ายจากพารามิเตอร์ของกระบวนการฉีดขึ้นรูป ส่งผลให้เกิดความผันผวนอย่างมากที่ควบคุมได้ยาก ลดความแม่นยำของขนาดของผลิตภัณฑ์พลาสติกขึ้นรูป นอกจากนี้ ผลิตภัณฑ์พลาสติกยังสามารถดูดซับความชื้นระหว่างการใช้งาน และเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง ขนาดของผลิตภัณฑ์ก็มีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนแปลงไปตามเวลา.
1.2 ส่วนประกอบของพลาสติก
ส่วนประกอบหลักของพลาสติกคือเรซินหลากหลายชนิด ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ อย่างไรก็ตาม พลาสติกและพอลิเมอร์ไม่เหมือนกัน พอลิเมอร์บริสุทธิ์มักไม่สามารถตอบสนองความต้องการด้านการแปรรูป การขึ้นรูป และการใช้งานจริงได้ โดยทั่วไปแล้วจะไม่ถูกนำมาใช้เพียงอย่างเดียว แต่จะมีคุณค่าทางอุตสาหกรรมก็ต่อเมื่อมีการผสมสารเติมแต่งเข้าไป พลาสติกประกอบด้วยเรซินสังเคราะห์และสารเติมแต่งต่างๆ (สารช่วย) เป็นส่วนประกอบหลัก เรซินสังเคราะห์เป็นตัวกำหนดคุณสมบัติพื้นฐานของผลิตภัณฑ์พลาสติก บทบาทของมันคือการเชื่อมสารเติมแต่งต่างๆ เข้าด้วยกันให้เป็นเนื้อเดียวกัน สารเติมแต่งถูกผสมเข้าไปเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการแปรรูปและการขึ้นรูปของพลาสติก เพิ่มคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย หรือลดต้นทุนการผลิต.
วัสดุพลาสติกประกอบด้วยสารเติมแต่งหลายชนิด เช่น สารเพิ่มปริมาณ สารทำให้อ่อนตัว สารให้สี สารคงตัว สารเร่งการแข็งตัว และสารต้านอนุมูลอิสระ แม้ว่าเรซินจะมีบทบาทสำคัญต่อประสิทธิภาพของพลาสติก แต่ก็ไม่ควรมองข้ามบทบาทของสารเติมแต่งเช่นกัน สารเหล่านี้รวมกันเป็นระบบวัสดุที่สมบูรณ์ที่ใช้ในพลาสติก.
1.2.1 เรซินเรซินเป็นพอลิเมอร์ที่อ่อนตัวลงเมื่อได้รับความร้อนและมีแนวโน้มที่จะไหลภายใต้แรงภายนอก เป็นส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดของพลาสติกและทำหน้าที่เป็นสารยึดเกาะ หรือเรียกอีกอย่างว่าวัสดุติดกาว เรซินเป็นตัวกำหนดชนิดและคุณสมบัติพื้นฐานของพลาสติก รวมถึงคุณสมบัติทางความร้อน ทางกายภาพ ทางเคมี ทางกล และทางไฟฟ้า.
1.2.2 สารเติมแต่ง
(1) สารเติมเต็ม
สารเติมแต่ง หรือที่รู้จักกันในชื่อสารเสริมแรง เป็นส่วนประกอบสำคัญในพลาสติก แม้ว่าจะไม่จำเป็นสำหรับพลาสติกทุกประเภทก็ตาม โดยทั่วไปแล้ว สารเติมแต่งจะเป็นสารเฉื่อยและเป็นผง สารเติมแต่งถูกเติมลงในพลาสติกเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพในการขึ้นรูปและการแปรรูป เพิ่มคุณสมบัติเฉพาะของผลิตภัณฑ์ มอบคุณสมบัติใหม่ และลดต้นทุน.
ตัวอย่างเช่น การเติมผงไม้ลงในเรซินฟีนอลิกช่วยลดความเปราะและต้นทุน การเติมแคลเซียมลงในเรซินโพลีเอทิลีนและโพลีไวนิลคลอไรด์ทำให้ได้พลาสติกที่มีแคลเซียมเป็นส่วนประกอบหลัก มีความแข็ง ทนความร้อน และราคาถูก เส้นใยแก้วเป็นสารเติมแต่งที่ช่วยเพิ่มคุณสมบัติทางกลของพลาสติกได้อย่างมาก สารเติมแต่งบางชนิดยังสามารถให้คุณสมบัติที่ไม่มีอยู่ในเรซินฟีนอลิก เช่น การนำไฟฟ้า แม่เหล็ก หรือการนำความร้อนได้อีกด้วย.
สารเติมเต็มสามารถจำแนกได้เป็นสารอนินทรีย์หรือสารอินทรีย์ และมีให้เลือก 3 รูปแบบ ได้แก่ แบบผง แบบเส้นใย และแบบเกล็ด. แป้ง สารเติมแต่ง ได้แก่ ผงไม้ เยื่อกระดาษ หินอ่อน ทัลก์ ไมกา แอสเบสตอส และกราไฟต์ สารเติมแต่งที่เป็นเส้นใย ได้แก่ ฝ้าย ป่าน ใยแก้ว ใยแอสเบสตอส ใยคาร์บอน ใยโบรอน และเส้นใยโลหะ สารเติมแต่งที่เป็นเกล็ด ได้แก่ กระดาษ ฝ้าย ลินิน และผ้าใยแก้ว โดยทั่วไปแล้ว สารเติมแต่งจะมีสัดส่วนน้อยกว่า 401 ตัน/3 ออนซ์ ขององค์ประกอบทั้งหมดของพลาสติก.
โดยทั่วไป สารเติมแต่งที่มีรูปร่างทรงกลมหรือทรงลูกบาศก์จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการขึ้นรูปและการแปรรูป แต่จะทำให้ความแข็งแรงเชิงกลลดลง ในขณะที่สารเติมแต่งที่มีรูปร่างเป็นเกล็ดจะมีผลตรงกันข้าม ยิ่งอนุภาคของสารเติมแต่งละเอียดมากเท่าไร ก็ยิ่งช่วยเพิ่มความแข็งแกร่ง ความต้านทานแรงกระแทก ความแข็งแรงดึง ความเสถียร และรูปลักษณ์ของผลิตภัณฑ์พลาสติกได้มากขึ้นเท่านั้น.
(2) สารพลาสติไซเซอร์
สารเพิ่มความยืดหยุ่น (Plasticizers) เป็นสารประกอบอินทรีย์ที่มีความผันผวนต่ำ จุดเดือดสูง และเข้ากันได้กับเรซิน สารเหล่านี้ช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นและความอ่อนตัว ปรับปรุงประสิทธิภาพการขึ้นรูป และลดความแข็งและความเปราะ โดยจะลดแรงระหว่างโมเลกุลภายในพอลิเมอร์ ทำให้โมเลกุลของเรซินเคลื่อนที่ได้มากขึ้น และทำให้พลาสติกมีความยืดหยุ่นและอ่อนตัวได้ดีขึ้นที่อุณหภูมิต่ำลง.
ตัวอย่างเช่น การเติมไดบิวทิลฟทาเลตลงในเรซินโพลีไวนิลคลอไรด์จะเปลี่ยนมันให้กลายเป็นพลาสติกที่อ่อนนุ่มคล้ายยาง อย่างไรก็ตาม แม้ว่าสารเพิ่มความยืดหยุ่นจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพในการขึ้นรูปและการแปรรูปของพลาสติก แต่ก็อาจลดคุณสมบัติเฉพาะบางอย่าง เช่น ความเสถียร ประสิทธิภาพทางไฟฟ้า และความแข็งแรงเชิงกล ดังนั้น ปริมาณสารเพิ่มความยืดหยุ่นที่เติมควรมีให้น้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และพลาสติกหลายชนิดไม่จำเป็นต้องใช้สารเพิ่มความยืดหยุ่น.
ข้อกำหนดสำหรับสารเพิ่มความยืดหยุ่นของพลาสติก:
- เข้ากันได้ดีกับเรซิน มีความระเหยต่ำ ป้องกันไม่ให้เรซินรั่วไหลออกจากผลิตภัณฑ์พลาสติก.
- ปลอดสารพิษ ไม่มีสี และไม่มีกลิ่น.
- มีความเสถียรเมื่อสัมผัสกับแสงและความร้อน.
- ไม่ดูดความชื้น.
สารเพิ่มความยืดหยุ่นที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ ไดบิวทิลฟทาเลต (DBP), ไดออกทิลฟทาเลต (DOP) และการบูร.
(3) สารแต่งสี
เรซินสังเคราะห์ส่วนใหญ่มีสีขาวและโปร่งแสง หรือไม่มีสีและโปร่งใสตามธรรมชาติ มักมีการเติมสีในระหว่างกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรมเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์พลาสติกที่มีสีสันหลากหลายตามต้องการ เพื่อเปลี่ยนสีเดิมของเรซินและทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีสีสันสดใสและสวยงาม นอกจากนี้ สีบางชนิดยังช่วยเพิ่มความคงทนต่อแสงและความร้อนของพลาสติกได้อีกด้วย ตัวอย่างเช่น การเติมสีคาร์บอนแบล็กให้กับพลาสติกโพลีออกซีเมทิลีนธรรมชาติสามารถช่วยป้องกันการเสื่อมสภาพจากแสงได้.
สารให้สีส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นเม็ดสีและสีย้อม เม็ดสีเป็นสารให้สีที่ไม่ละลายในตัวทำละลายทั่วไป และต้องใช้วิธีทางกลในการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอในพลาสติกเพื่อให้ได้สีที่ต้องการ เม็ดสีสามารถแบ่งออกเป็นประเภทอินทรีย์และอนินทรีย์ เม็ดสีอนินทรีย์มีเสถียรภาพต่อความร้อนและแสงที่ดีเยี่ยม และมีราคาค่อนข้างถูก แต่มีความเข้มของสีต่ำกว่าและมีความหนาแน่นสูงกว่า (เช่น โซเดียมคริมสัน ซัลเฟอร์อินโดลีนเยลโลว์ เม็ดสีบลู คาร์บอนแบล็ก).
เม็ดสีอินทรีย์มีคุณสมบัติเด่นคือ ความเข้มของสีสูง สีสดใส ครอบคลุมทุกเฉดสี และมีความหนาแน่นต่ำ อย่างไรก็ตาม ข้อเสียคือ ทนความร้อน ทนต่อสภาพอากาศ และความทึบแสงต่ำกว่าเม็ดสีอนินทรีย์ (เช่น โครมเหลือง โครเมียมออกไซด์ ผงตะกั่ว) ส่วนสีย้อมเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่ละลายได้ในตัวทำละลายส่วนใหญ่ และสามารถใช้ในการย้อมสีพลาสติกได้ ข้อดีคือ ความหนาแน่นต่ำ ความเข้มของสีสูง และมีความโปร่งใสดี แต่โครงสร้างโมเลกุลขนาดเล็กมักทำให้เกิดการเคลื่อนย้ายระหว่างการย้อมสี (เช่น โซลเวนท์บลู).
ข้อกำหนดสำหรับสารให้สี: สารให้สีควรมีพลังในการให้สีสูง เข้ากันได้ดีกับเรซิน และมีความเสถียรทางเคมีโดยไม่ทำปฏิกิริยากับส่วนประกอบอื่น ๆ ในพลาสติก ต้องทนต่อการเสื่อมสภาพและการเปลี่ยนสีระหว่างการขึ้นรูปภายใต้อุณหภูมิและความดันที่เปลี่ยนแปลง และคงความเสถียรตลอดการใช้งานผลิตภัณฑ์พลาสติกในระยะยาว.
เพื่อให้บรรลุข้อกำหนดเหล่านี้และเพื่อให้ได้สีที่สวยงามที่สุด, เครื่องจักรผลิตมาสเตอร์แบทช์สี เครื่องจักรเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในกระบวนการย้อมสีพลาสติก โดยจะวัดและกระจายเม็ดสีและสีย้อมอย่างแม่นยำและสม่ำเสมอ ทำให้ได้สีที่ต้องการในผลิตภัณฑ์พลาสติก สำหรับเม็ดสีที่ไม่ละลายน้ำ โดยเฉพาะเม็ดสีอนินทรีย์ ระบบการผสมที่มีประสิทธิภาพของเครื่องจักรผสมเม็ดสีจะช่วยแก้ปัญหาการกระจายตัว ทำให้ได้สีที่สม่ำเสมอ นอกจากนี้ คุณสมบัติการควบคุมอุณหภูมิยังช่วยปกป้องเม็ดสีและสีย้อมอินทรีย์จากการเสื่อมสภาพและการเปลี่ยนสีในระหว่างกระบวนการที่อุณหภูมิสูง รักษาเสถียรภาพและคุณภาพของผลิตภัณฑ์พลาสติกสี.
(4) ตัวกันสั่น
ในระหว่างกระบวนการผลิตและการใช้งาน เรซินอาจเกิดการเสื่อมสภาพ หรือที่เรียกว่าการแตกตัว การเสื่อมสภาพหมายถึงปฏิกิริยาที่สายโซ่โมเลกุลของพอลิเมอร์แตก หรือโครงสร้างทางเคมีเปลี่ยนแปลงไปในทางลบภายใต้ผลกระทบของความร้อน แรง ออกซิเจน น้ำ แสง หรือรังสี สารเพิ่มความคงตัวจะถูกเติมลงในพอลิเมอร์เพื่อรักษาสมบัติทางเคมีและป้องกันการเสื่อมสภาพหรือการเชื่อมโยงข้ามสายโซ่ที่เกิดจากปัจจัยภายนอก เช่น ความร้อน แสง ออกซิเจน และเชื้อรา.
สารให้ความคงตัวแบ่งประเภทตามหน้าที่ ได้แก่ สารให้ความคงตัวทางความร้อน สารให้ความคงตัวทางแสง และสารต้านอนุมูลอิสระ:
- สารกันความร้อนช่วยยับยั้งการเสื่อมสภาพจากความร้อนในระหว่างการขึ้นรูปพลาสติก ทำให้ได้กระบวนการผลิตที่ราบรื่นและมีคุณภาพสูง สารประกอบดีบุกอินทรีย์ซึ่งไม่เป็นพิษแต่มีราคาแพง มักใช้ในพลาสติกพีวีซี.
- สารป้องกันการเสื่อมสภาพจากแสง ช่วยป้องกันการเสื่อมสภาพและการสูญเสียประสิทธิภาพของพลาสติกที่เกิดจากแสงแดด แสงประดิษฐ์ หรือรังสีพลังงานสูง ประเภทที่พบได้ทั่วไป ได้แก่ สารดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลต (เช่น เบนโซอิกแอซิดเอสเทอร์) และสารกันแสง (เช่น คาร์บอนแบล็ก).
- สารต้านอนุมูลอิสระ: สารเหล่านี้ช่วยป้องกันการเกิดออกซิเดชันและการเสื่อมสภาพของพลาสติกที่อุณหภูมิสูง สารประกอบอินทรีย์ที่มีฟีนอลและอะมีนเป็นองค์ประกอบหลักมักถูกนำมาใช้เป็นสารต้านอนุมูลอิสระ.
พลาสติกส่วนใหญ่จำเป็นต้องใช้สารเพิ่มความคงตัว โดยคิดเป็นสัดส่วน 0.31 ถึง 0.51 ตันของวัสดุทั้งหมด ข้อกำหนดสำหรับสารเพิ่มความคงตัว: สารเพิ่มความคงตัวควรเข้ากันได้กับเรซิน ช่วยเพิ่มความคงตัวของพอลิเมอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และทนต่อน้ำ น้ำมัน และการกัดกร่อนทางเคมี นอกจากนี้ยังต้องไม่เสื่อมสภาพระหว่างการขึ้นรูป มีความระเหยต่ำ และไม่ส่งผลกระทบต่อสีของพลาสติก.
(5) สารบ่ม
สารเร่งปฏิกิริยา สารทำให้แข็งตัว หรือสารเชื่อมโยงโมเลกุล ถูกนำมาใช้ในการขึ้นรูปพลาสติกเทอร์โมเซตติง โครงสร้างพอลิเมอร์เชิงเส้นในเรซินสังเคราะห์ต้องอาศัยปฏิกิริยาเชื่อมโยงโมเลกุลเพื่อเปลี่ยนไปเป็นโครงข่ายพอลิเมอร์สามมิติ และสารเร่งปฏิกิริยาจะช่วยให้เกิดปฏิกิริยาเหล่านี้ ตัวอย่างเช่น เอทิลีนไดอะมีนและไตรเอทาโนลามีน มักถูกเติมลงในเรซินอีพ็อกซี.
สารเติมแต่งอื่นๆ เช่น สารทำให้เกิดฟอง สารหน่วงไฟ สารป้องกันไฟฟ้าสถิต สารนำไฟฟ้า และสารแม่เหล็ก สามารถผสมลงในพลาสติกได้ ขึ้นอยู่กับความต้องการ ตัวอย่างเช่น สารหน่วงไฟช่วยลดความไวไฟของพลาสติก สารทำให้เกิดฟองทำให้เกิดพลาสติกโฟม และสารป้องกันไฟฟ้าสถิตช่วยเพิ่มการนำไฟฟ้าในระดับปานกลางเพื่อกำจัดไฟฟ้าสถิต การเลือกใช้สารเติมแต่งและชนิดของสารเติมแต่งนั้นขึ้นอยู่กับชนิดของพลาสติกและความต้องการใช้งานเฉพาะของผลิตภัณฑ์พลาสติกนั้นๆ.
1.3 การจำแนกประเภทของพลาสติก
พลาสติกมีหลายประเภท และในปัจจุบันทั่วโลกมีการพัฒนาวัสดุพลาสติกที่สามารถแปรรูปได้มากกว่าหนึ่งหมื่นชนิด (รวมถึงพลาสติกดัดแปลง) โดยมีประเภทที่ใช้กันทั่วไปมากกว่า 300 ชนิด พลาสติกสามารถจำแนกได้หลายวิธี โดยวิธีการจำแนกประเภทที่พบได้บ่อยที่สุดมีดังต่อไปนี้:
(1) การจำแนกประเภทตามโครงสร้างโมเลกุลของเรซินและพฤติกรรมทางความร้อน
ตามโครงสร้างโมเลกุลและพฤติกรรมเมื่อได้รับความร้อน พลาสติกสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก ได้แก่ เทอร์โมพลาสติกและเทอร์โมเซตติงพลาสติก.
① เทอร์โมพลาสติก
โครงสร้างโมเลกุลของเรซินเทอร์โมพลาสติกเป็นแบบเส้นตรงหรือแบบแตกแขนง ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าพอลิเมอร์เชิงเส้น เมื่อได้รับความร้อน สามารถขึ้นรูปเป็นรูปร่างเฉพาะได้ และคงรูปทรงนั้นไว้เมื่อเย็นตัวลง หากได้รับความร้อนอีกครั้งก็จะอ่อนตัวและหลอมเหลว ทำให้สามารถขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ใหม่ได้ กระบวนการนี้สามารถทำซ้ำได้หลายครั้ง แสดงให้เห็นถึงคุณสมบัติที่ย้อนกลับได้ โดยทั่วไปแล้วจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงทางเคมีในระหว่างการขึ้นรูป มีเพียงการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพเท่านั้น เนื่องจากคุณสมบัติที่ย้อนกลับได้ของเทอร์โมพลาสติก เศษวัสดุและของเสียที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการผลิตพลาสติกจึงสามารถนำไปรีไซเคิลได้โดยการบดให้เป็นเม็ดและผสมกับวัตถุดิบเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่.
พลาสติกเทอร์โมพลาสติกสามารถแบ่งออกได้อีกเป็นสองประเภท คือ พลาสติกผลึกและพลาสติกอสัณฐาน พลาสติกผลึกมีสายโซ่โมเลกุลเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบ มั่นคง และหนาแน่น ในขณะที่พลาสติกอสัณฐานมีสายโซ่โมเลกุลเรียงตัวอย่างไม่เป็นระเบียบและวุ่นวาย ดังนั้น พลาสติกผลึกจึงโดยทั่วไปทนความร้อนได้ดีกว่า ทึบแสงกว่า และมีความแข็งแรงเชิงกลสูงกว่า ในขณะที่พลาสติกอสัณฐานจะมีคุณสมบัติตรงกันข้าม พลาสติกผลึกที่พบได้ทั่วไป ได้แก่ โพลีเอทิลีน โพลีโพรพีลีน และโพลีอะไมด์ (ไนลอน). พลาสติกอสัณฐานทั่วไป ได้แก่ โพลีสไตรีน โพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC) และ ABS.
ในแง่ของลักษณะภายนอก พลาสติกผลึกมักจะทึบแสงหรือโปร่งแสง ในขณะที่พลาสติกอสัณฐานจะโปร่งใส อย่างไรก็ตาม มีข้อยกเว้น เช่น โพลี(4-เมทิลเพนทีน-1) ซึ่งเป็นพลาสติกผลึกที่มีความโปร่งใสสูง และ ABS ซึ่งเป็นพลาสติกอสัณฐานทึบแสง.
② พลาสติกเทอร์โมเซตติง
พลาสติกเทอร์โมเซตติงในระยะเริ่มต้นจะมีโครงสร้างโมเลกุลแบบโซ่หรือแตกแขนง และแสดงคุณสมบัติทั้งความยืดหยุ่นและการหลอมละลาย ทำให้สามารถขึ้นรูปเป็นรูปร่างเฉพาะได้ เมื่อให้ความร้อนต่อไป พันธะเคมีจะก่อตัวขึ้นระหว่างโซ่หลักของโครงสร้างโมเลกุลเหล่านี้ ค่อยๆ สร้างโครงสร้างเครือข่ายผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการเชื่อมโยงข้าม (crosslinking).
เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึงระดับหนึ่ง ปฏิกิริยาการเชื่อมโยงโมเลกุลจะดำเนินต่อไป และในที่สุดโมเลกุลจะก่อตัวเป็นโครงสร้างสามมิติ กระบวนการนี้เรียกว่าการบ่ม ซึ่งจะทำให้ได้วัสดุที่ไม่หลอมเหลวหรือละลาย เมื่อให้ความร้อนอีกครั้ง รูปร่างของผลิตภัณฑ์พลาสติกจะคงที่เนื่องจากปฏิกิริยาเคมีระหว่างโซ่โมเลกุล พลาสติกเทอร์โมเซตติงจะสูญเสียความยืดหยุ่นและไม่สามารถขึ้นรูปใหม่ได้ แม้ในอุณหภูมิสูง และในที่สุดก็จะไหม้เกรียมหรือกลายเป็นคาร์บอนที่อุณหภูมิสูงมาก กระบวนการนี้ไม่สามารถย้อนกลับได้ และการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพและเคมีจะเกิดขึ้นในระหว่างการขึ้นรูป พลาสติกเทอร์โมเซตติงไม่สามารถนำไปรีไซเคิลหรือนำกลับมาใช้ใหม่ได้.
พลาสติกเทอร์โมเซตติงมีความทนทานต่อความร้อนได้ดีกว่าพลาสติกเทอร์โมพลาสติก ตัวอย่างของพลาสติกเทอร์โมเซตติง ได้แก่ เรซินฟีนอล เรซินเมลามีน-ฟอร์มาลดีไฮด์ และเรซินโพลีเอสเตอร์ไม่อิ่มตัว.
พลาสติกเทอร์โมพลาสติกมักขึ้นรูปด้วยการฉีดขึ้นรูป การอัดรีด หรือการเป่าขึ้นรูป ในขณะที่พลาสติกเทอร์โมเซตติงมักใช้ในการขึ้นรูปด้วยการอัดและการขึ้นรูปด้วยการถ่ายโอน แม้ว่าการฉีดขึ้นรูปก็สามารถใช้ได้เช่นกัน.
เนื่องจากพลาสติกส่วนใหญ่ประกอบด้วยพอลิเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง จึงมักตั้งชื่อตามพอลิเมอร์ที่ใช้ อย่างไรก็ตาม ชื่อของพลาสติกมักจะยาวและไม่สะดวกทั้งในการพูดและการเขียน ดังนั้นจึงนิยมใช้ตัวย่อภาษาอังกฤษที่เป็นที่ยอมรับในระดับสากล ตัวย่อและชื่อของพลาสติกเทอร์โมเซตติงและเทอร์โมพลาสติกสามารถดูได้ในภาคผนวก 1.
(2) การจำแนกประเภทตามคุณสมบัติพลาสติกและการใช้งาน
พลาสติกสามารถจำแนกได้เป็นพลาสติกทั่วไป พลาสติกวิศวกรรม และพลาสติกเฉพาะทาง โดยพิจารณาจากคุณสมบัติและการใช้งาน.
① พลาสติกอเนกประสงค์
พลาสติกอเนกประสงค์ผลิตในปริมาณมาก มีการใช้งานหลากหลาย ราคาถูก และมีประสิทธิภาพดี โดยทั่วไปแล้วจะใช้เป็นวัสดุที่ไม่ใช่โครงสร้าง พลาสติกอเนกประสงค์ที่ได้รับการยอมรับทั่วโลกมี 6 ชนิด ได้แก่ โพลีเอทิลีน โพลีโพรพีลีน โพลีไวนิลคลอไรด์ โพลีสไตรีน พลาสติกฟีนอล และพลาสติกอะมิโน พลาสติกเหล่านี้คิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 751 ล้านตันของการผลิตพลาสติกทั่วโลกทั้งหมด และเป็นรากฐานสำคัญของอุตสาหกรรมพลาสติก.
② พลาสติกวิศวกรรม
พลาสติกวิศวกรรมโดยทั่วไปหมายถึงพลาสติกเกรดอุตสาหกรรมที่ใช้ในการผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักรกลหรือวัสดุโครงสร้าง นอกเหนือจากความแข็งแรงเชิงกลสูงแล้ว พลาสติกเหล่านี้ยังมีความทนทานต่อการสึกหรอ การกัดกร่อน ความร้อน การหล่อลื่นในตัว และความคงตัวของมิติที่เหนือกว่าพลาสติกทั่วไป พลาสติกวิศวกรรมมีคุณสมบัติคล้ายโลหะและถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเครื่องจักร อุตสาหกรรมเบา อิเล็กทรอนิกส์ ผลิตภัณฑ์ใช้ในชีวิตประจำวัน อวกาศ ขีปนาวุธ และพลังงานนิวเคลียร์ โดยเข้ามาแทนที่โลหะในชิ้นส่วนเครื่องจักรกลบางประเภทมากขึ้นเรื่อยๆ.
ปัจจุบัน พลาสติกวิศวกรรมที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ โพลีอะไมด์ (PA), โพลีออกซีเมทิลีน (POM), โพลีคาร์บอเนต (PC), ABS, โพลีซัลโฟน (PSU), โพลีฟีนิลีนออกไซด์ (PPO) และโพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีน (PTFE) โดยสี่ชนิดแรกมีการเติบโตเร็วที่สุดและได้รับการยอมรับในระดับสากลว่าเป็นพลาสติกวิศวกรรมหลักสี่ชนิด.
③ พลาสติกชนิดพิเศษ (พลาสติกใช้งาน)
พลาสติกชนิดพิเศษมีหน้าที่เฉพาะและเหมาะสำหรับการใช้งานพิเศษ ตัวอย่างเช่น พลาสติกทางการแพทย์ พลาสติกไวแสง พลาสติกแม่เหล็ก พลาสติกตัวนำยิ่งยวด พลาสติกทนรังสี และพลาสติกทนอุณหภูมิสูง ส่วนประกอบหลักคือเรซิน ซึ่งสามารถสังเคราะห์ขึ้นเป็นพิเศษหรือได้มาจากการบำบัดหรือดัดแปลงพลาสติกทั่วไปหรือพลาสติกวิศวกรรมเพื่อให้ได้คุณสมบัติเฉพาะ พลาสติกเหล่านี้ผลิตในปริมาณน้อย มีประสิทธิภาพดีเยี่ยม และมีราคาสูง.
เมื่อขอบเขตการใช้งานของพลาสติกขยายตัวมากขึ้น ขอบเขตระหว่างพลาสติกทางวิศวกรรมและพลาสติกใช้งานทั่วไปก็เริ่มเลือนลางลงเรื่อยๆ ตัวอย่างเช่น โพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC) ใช้งานทั่วไปถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องจักรเคมีในฐานะวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อน.
(3) การจำแนกประเภทตามสัณฐานวิทยาของผลึก
โดยทั่วไป พลาสติกสามารถแบ่งออกเป็นพลาสติกผลึกและพลาสติกอสัณฐาน (พลาสติกไร้ผลึก) ตามลักษณะโครงสร้างผลึกของมัน.
พลาสติกผลึก หมายถึง พลาสติกที่โมเลกุลสามารถก่อตัวเป็นโครงสร้างทางเรขาคณิตได้ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม (เช่น PE, PP, PA, POM, PET, PBT) พลาสติกผลึกส่วนใหญ่เป็นผลึกบางส่วน.
พลาสติกที่ไม่มีโครงสร้างผลึก หมายถึงพลาสติกที่มีรูปร่างและการจัดเรียงโมเลกุลที่ไม่ก่อให้เกิดโครงสร้างผลึก แต่ยังคงอยู่ในสภาพไม่เป็นระเบียบ (เช่น ABS, PC, PVC, PS, PMMA, EVA, AS) พลาสติกที่ไม่มีโครงสร้างผลึกเรียกอีกอย่างว่าพลาสติกอสัณฐาน พลาสติกอสัณฐานแสดงคุณสมบัติไอโซโทรปี หมายความว่าคุณสมบัติทางกลของมันมีความสม่ำเสมอในทุกทิศทาง.
ข้อกำหนดสำหรับเครื่องฉีดขึ้นรูปและแม่พิมพ์สำหรับพลาสติกผลึก:
- พลังงานที่ต้องป้อนเข้าสูงขึ้น: พลาสติกผลึกต้องการพลังงานมากกว่าในการทำลายโครงสร้างผลึกในระหว่างการหลอม ดังนั้น เครื่องฉีดขึ้นรูปจึงต้องมีประสิทธิภาพในการทำให้พลาสติกอ่อนตัวสูงขึ้น และปริมาตรการฉีดที่กำหนดไว้ก็ควรเพิ่มขึ้นตามไปด้วย.
- ช่วงจุดหลอมเหลวแคบ: เพื่อป้องกันการตกผลึกและการอุดตันของหัวฉีดเมื่ออุณหภูมิลดลง ควรขยายขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของหัวฉีดให้เหมาะสม และควรติดตั้งองค์ประกอบความร้อนที่มีการควบคุมอุณหภูมิแยกต่างหาก.
- อุณหภูมิแม่พิมพ์สม่ำเสมอ: เนื่องจากอุณหภูมิแม่พิมพ์มีผลอย่างมากต่อระดับความเป็นผลึก ระบบระบายความร้อนของแม่พิมพ์จึงควรมีช่องน้ำให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เพื่อให้มั่นใจได้ว่าอุณหภูมิแม่พิมพ์สม่ำเสมอในระหว่างการขึ้นรูป.
- อัตราการหดตัวสูง: พลาสติกผลึกจะเกิดการหดตัวของปริมาตรอย่างมากในระหว่างกระบวนการตกผลึก ส่งผลให้อัตราการหดตัวในการขึ้นรูปสูงขึ้น จึงต้องพิจารณาเรื่องนี้อย่างรอบคอบในระหว่างการออกแบบแม่พิมพ์.
- ความไม่สม่ำเสมอและแรงเค้นภายใน: เนื่องจากพลาสติกผลึกมีความไม่สม่ำเสมอสูง จึงทำให้เกิดแรงเค้นภายในสูง การออกแบบแม่พิมพ์ต้องคำนึงถึงตำแหน่งและขนาดของช่องทางเข้าและครีบเพื่อหลีกเลี่ยงการบิดเบี้ยวหรือการเสียรูป ซึ่งอาจแก้ไขได้ยากในภายหลังด้วยการปรับกระบวนการผลิต.
- ความหนาและความเป็นผลึกของผนัง: ชิ้นส่วนพลาสติกที่หนากว่าจะเย็นตัวช้ากว่า ส่งผลให้มีความเป็นผลึกสูงขึ้น เกิดการหดตัวมากขึ้น และมีโอกาสเกิดรอยยุบและช่องว่างมากขึ้น การออกแบบแม่พิมพ์จึงควรควบคุมความหนาของผนังชิ้นส่วนพลาสติกอย่างระมัดระวัง.
ลักษณะการขึ้นรูปของพลาสติกผลึก:
1. เนื่องจากพลาสติกผลึกจะปล่อยความร้อนออกมา เราจึงควรทำให้เย็นตัวลงอย่างสมบูรณ์และควบคุมเวลาในการทำให้เย็นตัวลงอย่างระมัดระวังในระหว่างการขึ้นรูปที่อุณหภูมิสูง.
2. ความแตกต่างของความหนาแน่นนั้นมากมหาศาล การหดตัวจากการขึ้นรูปก็มากเช่นกัน และง่ายต่อการเกิดรอยยุบและช่องว่าง ดังนั้นควรตั้งค่าแรงกดในการขึ้นรูปให้เหมาะสม.
3. เดอะ อุณหภูมิแม่พิมพ์ อุณหภูมิแม่พิมพ์จะส่งผลต่อความเป็นผลึก หากอุณหภูมิแม่พิมพ์ต่ำ ของเล่นจะเย็นตัวเร็ว ความเป็นผลึกต่ำ การหดตัวน้อย และความโปร่งใสดี แต่หากของเล่นที่มีผนังหนา ความเป็นผลึกสูง การหดตัวมาก และคุณสมบัติทางกายภาพดี การเย็นตัวจะช้าลง ดังนั้น อุณหภูมิแม่พิมพ์จึงควรควบคุมให้เหมาะสม.
4. ลักษณะการตกผลึกหลังการขึ้นรูป โมเลกุลที่ยังไม่ตกผลึกมีแนวโน้มที่จะค่อยๆ ตกผลึกหลังจากถอดออกจากแม่พิมพ์ ปรากฏการณ์นี้ทำให้เกิดความไม่สมดุลของพลังงานและนำไปสู่การเสียรูปและการบิดเบี้ยว เพื่อแก้ไขปัญหานี้ ควรเพิ่มอุณหภูมิของวัสดุและแม่พิมพ์อย่างเหมาะสมและพอประมาณ ควรใช้แรงดันและความเร็วในการฉีดที่เหมาะสม.
