กระบวนการฉีดขึ้นรูปพลาสติกใส

◆ลักษณะของพลาสติกใสทั่วไป

พลาสติกใสและคุณสมบัติการฉีดขึ้นรูป

 

ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในการวิจัยและพัฒนาวัสดุ วัสดุเชิงแสงที่เพิ่มขึ้นจึงเหมาะสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์ที่โปร่งใส เลนส์สายตาที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์สายตาที่มีความต้องการคุณภาพสูงและเทคโนโลยีการฉีดขึ้นรูปที่ซับซ้อน ดังแสดงในรูป วัสดุการฉีดขึ้นรูปสำหรับเลนส์พลาสติกธรรมดามักถูกเลือกเนื่องจากมีต้นทุนต่ำ ประสิทธิภาพการผลิตสูง ความเสถียรที่แข็งแกร่ง และการส่งผ่านข้อมูลสูง เมื่อเปรียบเทียบกับวัตถุดิบพลาสติกสำหรับเลนส์พลาสติกธรรมดา ข้อกำหนดสำหรับวัสดุฉีดขึ้นรูปสำหรับเลนส์พลาสติกออพติกการถ่ายภาพนั้นเข้มงวดมากยิ่งขึ้น วัตถุดิบพลาสติกไม่เพียงต้องมีลักษณะเฉพาะ เช่น ความโปร่งใสสูง คุณสมบัติทางกลที่ดี ความเสถียรที่แข็งแกร่ง และการไหลที่ดี แต่การเลือกวัสดุยังต้องขึ้นอยู่กับลักษณะการทำงานเฉพาะ เช่น ดัชนีการหักเหของแสง

วัสดุการฉีดขึ้นรูปที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการถ่ายภาพเลนส์พลาสติกเชิงแสง ได้แก่ โพลีเมทิลเมทาคริเลต (PMMA), โพลีคาร์บอเนต (PC) และโพลีเมอร์โอเลฟินแบบไซคลิก (COP) ในบรรดาสิ่งเหล่านี้ PMMA ความโปร่งใสสูง-ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการฉีดขึ้นรูปเลนส์พลาสติก PMMA ไม่เพียงแต่ใช้ในการผลิตเลนส์พลาสติกขนาดใหญ่ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางปานกลาง-ถึง-ความแม่นยำต่ำ- เช่น เลนส์คอนเดนเซอร์ เลนส์เฟรส เลนส์ฉายภาพ และเลนส์ไฟหน้ารถยนต์ แต่ยังรวมถึงเลนส์พลาสติกที่มีความแม่นยำสูง- เช่น เลนส์เครื่องพิมพ์เลเซอร์ เลนส์กล้อง เลนส์โทรศัพท์มือถือ และเลนส์เครื่องอ่านซีดี/ดีวีดี PMMA มีความแข็งแรงและความแข็งสูง เช่นเดียวกับคุณสมบัติทางแสง เช่น เลข Abbe สูงและการหักเหของแสงที่ต่ำ อย่างไรก็ตาม PMMA ยังคงมีความท้าทายหลายประการในฐานะวัตถุดิบพลาสติกสำหรับเลนส์สายตา ตัวอย่างเช่น ภายใต้สภาวะที่มีความชื้น การดูดซึมน้ำของ PMMA ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงดัชนีการหักเหของเลนส์พลาสติก ส่งผลให้เกิดการขยายตัวของปริมาตรและการเปลี่ยนแปลงขนาดโครงสร้างโดยรวม นอกจากนี้ อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วของ PMMA คือ 100 องศา และความต้านทานความร้อนของเลนส์พลาสติกค่อนข้างต่ำ ซึ่งจำกัดช่วงการใช้งานของ PMMA อย่างมาก

 

โพลีคาร์บอเนต (PC) เป็นวัสดุนำแสงที่ใช้กันทั่วไป ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในเลนส์ไฟหน้ารถยนต์-เลนส์กระจายแสง และเลนส์สายตาอื่นๆ พีซีมีความโปร่งใสสูง ทนความร้อน มีความแข็งแรงสูง และมีดัชนีการหักเหของแสงสูง และถือเป็นวัสดุพลาสติกชนิดหนึ่งที่มีแรงกระแทกได้ดีที่สุด อย่างไรก็ตาม เลนส์ PC ยังคงมีข้อบกพร่องที่สำคัญ ตัวอย่างเช่น ค่าสัมประสิทธิ์โฟโตอิลาสติกของเลนส์ PC นั้นสูงกว่า PMMA หลายเท่า ส่งผลให้เกิดเอฟเฟกต์การหักเหของแสงที่เด่นชัด ซึ่งส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อคุณภาพการถ่ายภาพด้วยแสงของเลนส์พลาสติก นอกจากนี้ วัสดุ PC มีอัตราการหดตัวสูง ทำให้เลนส์พลาสติกไวต่อการเสียรูปสูง โดยมีระดับการเสียรูปมากกว่า PMMA

 

โพลีเมอร์โอเลฟินแบบไซคลิก (COP) คือโพลีเมอร์แบบวงแหวน-ที่สังเคราะห์โดยใช้โอเลฟินแบบไซคลิกเป็นโมโนเมอร์ COP มีความโปร่งใสสูง ดูดความชื้นต่ำ มีการรีฟริงก์ต่ำ และมีความสามารถในกระบวนการผลิตที่ดี นอกจากนี้ COP ยังมีเสถียรภาพด้านสิ่งแวดล้อมที่ดีเยี่ยม โดยยังคงโครงสร้างไม่เปลี่ยนแปลงแม้ว่าจะดูดซับความชื้น และมักใช้แทน PMMA ในพลาสติก อย่างไรก็ตาม COP มีราคาแพงมาก โดยมีต้นทุนมากกว่า PMMA ประมาณสิบเท่า การใช้ COP เป็นวัสดุฉีดขึ้นรูปทำให้ต้นทุนการผลิตเลนส์พลาสติกเพิ่มขึ้นอย่างมาก

โดยทั่วไป เลนส์ที่ทำจากพีซีจะมีการหักเหของแสงอย่างมีนัยสำคัญ ทำให้รับประกันคุณภาพของภาพได้ยาก COP และ PMMA มีข้อได้เปรียบที่ไม่มีใครเทียบได้ในแง่ของคุณสมบัติทางกลและความเสถียรของโครงสร้าง อย่างไรก็ตาม COP มีราคาแพงมาก ทำให้ต้นทุนการผลิตเพิ่มขึ้นและละเมิดหลักการทางเศรษฐศาสตร์ ในทางกลับกัน PMMA มีราคาไม่แพงนักและมีอุปทานในตลาดจำนวนมาก ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตเลนส์พลาสติกออพติคัลที่มีต้นทุนต่ำ-แต่มีประสิทธิภาพสูง- นอกจากนี้ คุณสมบัติการไหลหลอมของ PMMA ยังสามารถปรับปรุงได้โดยการเปลี่ยนพารามิเตอร์กระบวนการฉีดขึ้นรูป ช่วยให้สามารถจำลองสัณฐานวิทยาของพื้นผิวของแม่พิมพ์ฉีดได้อย่างแม่นยำ

เทคโนโลยีการฉีดขึ้นรูปพลาสติกใส

 

เพราะพลาสติกใสต้องการการส่องผ่านของแสงสูง ต้องควบคุมคุณภาพพื้นผิวของผลิตภัณฑ์พลาสติกอย่างเข้มงวด ข้อบกพร่องต่างๆ เช่น รอยตำหนิ รูขุมขน ความขาว ความหมองคล้ำ จุดด่างดำ การเปลี่ยนสี และความมันเงาที่ไม่ดีเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้ ดังนั้นกระบวนการฉีดขึ้นรูปทั้งหมดจึงต้องอาศัยความเอาใจใส่อย่างพิถีพิถันและเข้มงวด แม้กระทั่งข้อกำหนดเฉพาะทางสำหรับวัตถุดิบ อุปกรณ์ แม่พิมพ์ และแม้แต่การออกแบบผลิตภัณฑ์

ประการที่สอง เนื่องจากพลาสติกใสมีจุดหลอมเหลวสูงและการไหลได้ไม่ดี การปรับพารามิเตอร์กระบวนการอย่างละเอียด เช่น อุณหภูมิของเครื่องจักร แรงดันในการฉีด และความเร็วในการฉีด จึงมักจำเป็นเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพพื้นผิว เพื่อให้แน่ใจว่าแม่พิมพ์จะถูกเติมอย่างสมบูรณ์โดยไม่สร้างความเครียดภายในซึ่งอาจนำไปสู่การเสียรูปและการแตกร้าวของผลิตภัณฑ์ ส่วนต่อไปนี้จะวิเคราะห์ข้อควรพิจารณาที่สำคัญเกี่ยวกับการเตรียมวัตถุดิบ ข้อกำหนดของอุปกรณ์และแม่พิมพ์ กระบวนการฉีดขึ้นรูป และการจัดการวัตถุดิบ

ประเด็นทางเทคนิคที่สำคัญก่อนการฉีดขึ้นรูป

การเตรียมวัตถุดิบและการอบแห้ง

เนื่องจากแม้แต่สิ่งเจือปนในพลาสติกแม้แต่น้อยก็อาจส่งผลต่อความโปร่งใสของผลิตภัณฑ์ได้ การรักษาซีลที่แน่นหนาระหว่างการจัดเก็บ การขนส่ง และการป้อนจึงเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าวัตถุดิบสะอาดหมดจด โดยเฉพาะอย่างยิ่งการมีความชื้นในวัตถุดิบอาจทำให้เกิดการเสื่อมสภาพเมื่อได้รับความร้อน ดังนั้นการทำให้แห้งอย่างทั่วถึงจึงเป็นสิ่งจำเป็น ในระหว่างการฉีดขึ้นรูป ต้องใช้ถังอบแห้งเพื่อป้อน สิ่งสำคัญที่ควรทราบคืออากาศที่เข้ามาระหว่างกระบวนการทำให้แห้งควรได้รับการกรองและลดความชื้นอย่างเหมาะสมเพื่อป้องกันการปนเปื้อนของวัตถุดิบ

การทำความสะอาดกระบอก สกรู และอุปกรณ์เสริม

 

เพื่อป้องกันการปนเปื้อนของวัตถุดิบและการสะสมของวัสดุเก่าหรือสิ่งเจือปนในสกรูและอุปกรณ์เสริม ควรให้ความเอาใจใส่เป็นพิเศษเพื่อป้องกันการกักเก็บวัสดุเก่าที่มีความคงตัวทางความร้อนต่ำ ก่อนและหลังการใช้งาน ควรทำความสะอาดเครื่องฉีดพลาสติกอย่างทั่วถึงด้วยน้ำยาทำความสะอาดสกรูเพื่อให้แน่ใจว่าส่วนประกอบในการฉีดทั้งหมดปราศจากสิ่งเจือปน หากไม่มีน้ำยาทำความสะอาดสกรู สามารถใช้พลาสติก PE หรือ PS เพื่อทำความสะอาดสกรูได้ ในระหว่างการปิดเครื่องชั่วคราว เพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพที่เกิดจากการปล่อยให้วัตถุดิบสัมผัสกับอุณหภูมิสูงเป็นเวลานาน ควรลดอุณหภูมิของเครื่องทำแห้งและถังให้ต่ำลง หากผลิต PC, PMMA หรือพลาสติกอื่นๆ ควรลดอุณหภูมิถังให้ต่ำกว่า 160 องศา นอกจากนี้ เมื่อใช้พีซีเป็นวัตถุดิบ ควรลดอุณหภูมิการอบแห้งของฮอปเปอร์ลงต่ำกว่า 100 องศา

ประเด็นที่ต้องพิจารณาในการออกแบบแม่พิมพ์ (รวมถึงการออกแบบผลิตภัณฑ์)

เพื่อป้องกันการขึ้นรูปพลาสติกที่ไม่ดี ข้อบกพร่องที่พื้นผิว และการเสื่อมสภาพที่เกิดจากการรีโฟลว์ที่ไม่ดีหรือการระบายความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอ โดยทั่วไปควรพิจารณาประเด็นต่อไปนี้ในระหว่างการออกแบบแม่พิมพ์

ประเด็นที่ต้องพิจารณาในกระบวนการฉีดขึ้นรูป (รวมถึงข้อกำหนดของเครื่องฉีดขึ้นรูป)

ปัญหาอื่นๆ

 

เพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพของคุณภาพพื้นผิว ควรใช้สารช่วยถอดแม่พิมพ์เท่าที่จำเป็นในระหว่างการฉีดขึ้นรูป ปริมาณวัสดุรีไซเคิลไม่ควรเกิน 20% ยกเว้น PET ผลิตภัณฑ์ทั้งหมดควรได้รับการบำบัดหลัง-เพื่อบรรเทาความเครียดภายใน ควรทำให้ PMMA แห้งด้วยการหมุนเวียนอากาศร้อนที่อุณหภูมิ 70–80 องศาเป็นเวลา 4 ชั่วโมง ควรทำความร้อนพีซีในอากาศสะอาด กลีเซอรีน พาราฟินเหลว ฯลฯ ที่อุณหภูมิ 110–135 องศาในแต่ละครั้ง ขึ้นอยู่กับผลิตภัณฑ์ ซึ่งบางครั้งอาจใช้เวลานานกว่า 10 ชั่วโมง PET จะต้องผ่านกระบวนการยืดแบบสองแกนเพื่อให้ได้คุณสมบัติเชิงกลที่ดี