INCROSTAZIONI E RESIDUI

COS’È L’ACCUMULO NELLO STAMPO?

Talvolta chiamato accumulo di gas o “plate out”, l’accumulo nello stampaggio a iniezione è il termine generale usato per descrivere un mix complesso di depositi organici, inorganici, chimici e fisici che rimangono attaccati alle superfici dello stampo durante lo stampaggio a iniezione. Tali depositi sono gas e residui provenienti da additivi polimerici, materiale degradato, agenti distaccanti, oli lubrificanti, inibitori di ruggine, sporco, polvere, trasferimento metallo-su-metallo, resina in eccesso, delaminazione di articoli stampati, cattiva ventilazione e altro ancora.

ASPETTO DELL’ACCUMULO E DANNI ALLO STAMPO:

L’accumulo si manifesterà con diversi aspetti sullo stampo: macchie marroni, scolorimento della cavità, pellicola grassa, appiccicosa, giallastra e cerosa contenente polvere biancastra. L’accumulo finirà per attaccare l’acciaio dello stampo e porterà a scolorimento, corrosione, ruggine e rottura dei componenti dello stampo.

PROBLEMI SUI PEZZI STAMPATI:

Quando i depositi si accumulano sulla superficie di stampaggio, si verificano difetti dell’articolo stampato: problemi di incollaggio, difetti estetici (problemi di lucentezza, aspetto ruvido, striature argento/bianche sulla superficie delle parti), bruciature, bave, aree di mancato riempimento sulla parte. Tali problemi comprometteranno la qualità delle operazioni post-stampaggio come placcatura, verniciatura, incollaggio adesivo, rivestimento o operazioni di assemblaggio di precisione.

MECCANISMI CHE CAUSANO L’ACCUMULO NELLO STAMPO:

L’accumulo nello stampo avviene a causa dell’adsorbimento.

COS’È IL PROCESSO DI ADSORBIMENTO?

Le sostanze solide porose con un’elevata area superficiale hanno la capacità di attrarre e attaccare alle proprie superfici molecole di gas o liquidi o solidi disciolti con cui sono in contatto. Questo fenomeno di adesione superficiale è chiamato adsorbimento e forma legami dell’adsorbato sulla superficie dell’adsorbente. Nel nostro caso, l’adsorbato è la miscela multi-componente che contamina lo stampo e l’adsorbente è la superficie di stampaggio.

COSA CREA L’ADSORBIMENTO?

Il processo di adsorbimento avviene a causa di forze intermolecolari (adsorbimento fisico) o forze intramolecolari (adsorbimento chimico) tra lo stampo e i depositi. (Può verificarsi anche a causa dell’attrazione elettrostatica) .

• ADSORBIMENTO FISICO: I depositi vengono adsorbiti sulla superficie metallica dello stampo, che è ad alta energia e carica positivamente. Questo è il principio più fondamentale nell’adesione dei depositi allo stampo. L’adsorbimento fisico comporta deboli legami intermolecolari; l’identità chimica dei depositi rimane intatta e non si verificano reazioni chimiche sulla superficie dello stampo. Poiché non avviene alcuna rottura di legami, l’adsorbimento fisico è quindi un processo termodinamicamente spontaneo.

• ADSORBIMENTO CHIMICO: I depositi formano forti legami intramolecolari (reazioni chimiche) sulla superficie dello stampo; avviene la rottura dei legami e la natura chimica dei depositi cambia, dando origine a una nuova specie. I legami stabiliti con la superficie dello stampo possono essere molto forti e difficili da rimuovere.

CAUSE E NATURA DELL’ACCUMULO NELLO STAMPO:

Esistono diverse ragioni per l’eccesso di volatili e depositi. Comprendiamo più nel dettaglio la natura e i fattori scatenanti dell’accumulo per affrontare correttamente questo problema.

1. ADDITIVI AGGIUNTI AI POLIMERI: I materiali termoplastici utilizzati nello stampaggio a iniezione contengono complessi additivi chimici e fisici. Esistono vari tipi di additivi, tra cui stabilizzanti UV, modificatori d’impatto, ritardanti di fiamma, antiossidanti, antistatici, antimicrobici, pigmenti, ecc. Tali additivi contengono composti fenolici, organofosfati, esteri ftalici, argento colloidale, biossido di titanio, nero di carbonio, fibra di vetro e altre chimiche organiche, inorganiche e ioniche. In condizioni di stampaggio gravose (elevato stress termico e pressorio), porzioni di questi additivi si deteriorano, si separano, cristallizzano e formano depositi nello stampo con legami intramolecolari molto forti sulla superficie ad alta energia dello stampo.

2. PRODOTTI DI DECOMPOSIZIONE DELLA MATERIA PRIMA (DEGASSAMENTO): Facendo scorrere le resine a temperature superiori a quelle raccomandate, con un eccessivo sforzo di taglio (shear), o permettendo alla plastica di ristagnare nel cilindro senza spurgare, si causerà la decomposizione termica dei materiali da stampaggio e aumenterà la quantità di degassamento. I sottoprodotti del degassamento possono aderire alla superficie dello stampo e agli sfiati, solidificarsi e diventare depositi. Condizioni di stampaggio estreme (temperatura e taglio) formeranno gas di pirolisi che causano depositi nello stampo e ossidazione del metallo. Gli esperimenti hanno dimostrato che i polimeri ad alto peso molecolare, quando surriscaldati, generano gas che formano depositi molto resistenti. Alcune resine come il PVC creano gas di acido cloridrico che possono portare a plate-out, accumulo di resina sulla superficie dello stampo e corrosione.

3. VENTILAZIONE DELLO STAMPO INADEGUATA O CANALI DI SFIATO OSTRUITI: Molto spesso l’accumulo è causato da una cattiva ventilazione. Alcuni materiali hanno una maggiore tendenza al degassamento rispetto ad altri, ma qualsiasi materiale può lasciare residui se lo stampo non è correttamente ventilato. L’intrappolamento di aria e il rilascio di gas plastici durante il processo di iniezione provocano il surriscaldamento dell’ossigeno all’interno dello stampo e un eccessivo accumulo di pressione. L’ossigeno surriscaldato può causare combustione spontanea e punti di bruciatura localizzati sui pezzi stampati. La natura corrosiva dei volatili intrappolati può causare corrosione locale della superficie della cavità dello stampo e macchie marroni che possono intrappolare la resina e diventare un magnete per l’accumulo di ulteriori contaminanti e ruggine. Inoltre, il gas intrappolato può causare l’accumulo di residui nei perni di sfiato, rendendo necessarie frequenti interruzioni della produzione per pulire lo stampo. I problemi di qualità più comuni legati a una ventilazione insufficiente sono: segni di bruciatura, tiri corti, impaccamento insufficiente, scarsa definizione della superficie, vuoti interni, linee di giunzione deboli, variazioni dimensionali, splay (striature), lucentezza alterata, degradazione del materiale, deformazione, plate-out, accumulo di residui negli sfiati, zone morte e parti che si attaccano o si abradono al momento dell’espulsione. È importante controllare se gli sfiati sono stati schiacciati o danneggiati durante il periodo di rodaggio o a causa di una forza di chiusura eccessiva.

4. AGENTI DISTACCANTI ESTERNI APPLICATI ALLA CAVITÀ DELLO STAMPO: Gli agenti distaccanti esterni vengono utilizzati per consentire il distacco del pezzo stampato dalle pareti degli stampi. Possono includere siliconi, PTFE (Teflon), esteri di oli vegetali e sono sostanze non polari che possiedono forti forze intermolecolari e bassissime energie superficiali. Queste proprietà permettono loro di diffondersi uniformemente e aderire alle superfici metalliche polari ad alta energia della cavità dello stampo. L’applicazione eccessiva è uno degli errori più comuni e può creare accumuli residui di agenti distaccanti che possono mescolarsi con gli additivi cristallizzati dalle termoplastiche, formando sottoprodotti che si depositano o addirittura si legano alle superfici dello stampo. Agenti distaccanti non adatti alla temperatura di processo possono causare problemi di decomposizione, accumulo di residui e formazione di scaglie negli stampi. Con il tempo, piccole quantità di distaccanti esterni vengono trasferite sulle superfici a bassa energia delle plastiche stampate, causando difetti fisici o estetici.

5. GRASSO LUBRIFICANTE APPLICATO ALLO STAMPO: Il grasso viene utilizzato per consentire il corretto scorrimento delle parti mobili dello stampo, ma nel tempo l’elevata temperatura di processo, lo stress pressorio dell’iniezione, l’eccessiva applicazione o detergenti aggressivi possono causare la rottura del grasso, il trafilamento, la liquefazione o l’incrostazione. Ciò lascerà un accumulo eccessivo sullo stampo e finirà sui pezzi. Questo porterà a una miriade di problemi di stampaggio, inclusi sfiati ostruiti e bruciature, cattiva chiusura, bave e rottura dei componenti dello stampo.

6. ECCESSO DI RESINA, ACCUMULO: L’accumulo aumenta i problemi di ventilazione, contribuendo poi a ulteriori macchie che potrebbero scatenare problemi di lucentezza e incollaggio.
7. MACCHIE DELLO STAMPO NON TRATTATE: Un altro problema comune riguarda le macchie non trattate che possono intrappolare la resina, accumulare ulteriori contaminanti e diventare un invito per ulteriore corrosione e ruggine.
8. RUGGINE: L’umidità nell’aria può aderire allo spazio tra gli inserti e causare la generazione di ruggine; i depositi si accumulano su tali parti arrugginite e l’accumulo di depositi cresce.

COSA SI PUÒ FARE CONTRO L’ACCUMULO NELLO STAMPO?

UNA BUONA CONOSCENZA DELLA MATERIA PRIMA È FONDAMENTALE:

Conoscere le caratteristiche del materiale plastico è essenziale. Sapere quali materiali emettono alte concentrazioni di gas e depositi influenzerà il modo in cui progettate, costruite e mantenete lo stampo. PC, PC/ABS, Acetale e PVC producono molti volatili e depositi causando macchie sull’acciaio, erosione, parti bruciate, aree di mancato riempimento specialmente in costolature e dettagli. Cariche del materiale, additivi ritardanti di fiamma e coloranti aumentano la quantità di volatili emessi da un materiale. I nylon contenenti additivi (stabilizzanti UV, modificatori d’impatto) formano problemi di accumulo sulle cavità causando difetti visivi con lucentezza incoerente sulla parte. I materiali caricati a vetro hanno una maggiore tendenza al degassamento e all’accumulo rispetto ad altri. Gradi di materiale economici e a basso costo tendono a depositare un accumulo spesso e sgradevole nel tempo sulle superfici della cavità, causando problemi di aspetto e incollaggio.

COME CONTENERE LA FORMAZIONE DI ACCUMULI:

Con alcuni materiali plastici e additivi, la formazione di gas e depositi non può essere eliminata, ma può essere significativamente ridotta adottando le seguenti precauzioni nella progettazione dello stampo, nel processo di stampaggio e nella manutenzione dello stampo:

1. Design e numero di sfiati dello stampo adeguati con finitura lucida per evitare che i residui aderiscano alla superficie più ruvida lasciata dalla lavorazione meccanica.
2. Utilizzare acciaio inossidabile per i componenti dello stampo per contenere la corrosione.
3. Applicare un rivestimento alle superfici di stampaggio per resistere meglio all’accumulo, proteggere la finitura superficiale e ridurre gli intervalli di pulizia.
4. Evitare il surriscaldamento del materiale e controllare la pressione di iniezione per contenere aumenti di temperatura estremi e improvvisi durante la produzione.
5. Migliorare il controllo della temperatura dello stampo.
6. Utilizzare un agente distaccante esterno adeguato: legame forte, privo di silicone, semi-permanente e spray a rapida asciugatura. Evitare l’applicazione eccessiva e prodotti pesanti che lasciano residui.
7. Utilizzare un grasso lubrificante adeguato (altamente resistente a temperature estreme, gas acidi, vapore e alla maggior parte dei prodotti chimici).
8. Utilizzare un inibitore di ruggine e corrosione adeguato (formulazione semi-asciutta a duplice scopo, contenente neutralizzatori di acidi, protegge dalla corrosione atmosferica e dai gas acidi rilasciati dalla plastica).
9. Prevenzione attraverso una metodologia di pulizia più frequente ed efficace, studiata in base al caso specifico.

COME RIMUOVERE L’ACCUMULO DAGLI STAMPI A INIEZIONE

Tutti i problemi sopra citati richiederanno più pulizia e manutenzione extra sull’utensile. Contenere e rimuovere efficacemente l’accumulo nello stampo è quindi essenziale per evitare scarti, danni allo stampo e tempi di inattività eccessivi non programmati. Rimuovere l’accumulo richiede una pulizia extra sull’utensile che comporta costi aggiuntivi.

Per essere conveniente, la pulizia dello stampo deve essere eseguita:

1. Sulle superfici e parti dello stampo necessarie.
2. Quando necessario – A frequenze di ciclo determinate.
3. Utilizzando procedure di pulizia specifiche.

Pulire ciò che è necessario – Su specifiche superfici e parti dello stampo mirate:

La corretta pulizia delle superfici di stampaggio è il fattore più importante; le piastre non hanno bisogno di “brillare” per fare il loro lavoro. Strofinare o sabbiare via tutte le macchie di ossidazione e lo scolorimento da attrezzature e piastre non critiche ogni volta che uno stampo esce dalla pressa spreca solo molte ore di lavoro, apre i pori ed erode lentamente la superficie e i bordi dell’acciaio, richiedendo la sostituzione molto prima del dovuto. Ispezionare gli sfiati e gli scarichi degli sfiati; a un certo punto è molto probabile che si ostruiscano con i residui. L’uso di un detergente per stampi e garza di rame pulirà gli sfiati in modo rapido e sicuro.

Solo quando necessario – frequenza di pulizia:

Qualsiasi accumulo sulla superficie dello stampo è più facile da rimuovere nella fase iniziale, quindi la cavità dello stampo e i canali di scarico devono essere puliti e mantenuti regolarmente. Se l’accumulo viene lasciato trascurato e forma uno strato spesso, diventa molto difficile e richiede tempo rimuoverlo. Gli accumuli nello stampo hanno natura e sviluppo diversi, richiedendo frequenze di pulizia differenti. La frequenza dipenderà dal tipo di residui che il processo di stampaggio lascia sull’attrezzatura e dal design dello stampo. Gli stampi dovrebbero essere puliti solo quanto necessario per portarli a termine un numero predeterminato di cicli di stampaggio.

Quando un nuovo stampo pulito viene messo in produzione, è molto importante monitorare il processo e osservare la superficie di stampaggio riguardo all’accumulo di residui e all’usura sia nelle aree ventilate che in quelle non ventilate. È fondamentale stabilire quanti cicli uno stampo può eseguire in sicurezza prima che gli accumuli, l’usura e le tracce raggiungano livelli che richiedono la pulizia. Tali osservazioni devono essere documentate e ogni stampo dovrebbe avere procedure e frequenze di manutenzione in pressa, basate su un conteggio massimo di cicli prefissato che venga rispettato il più possibile. In questo modo sarà possibile minimizzare la possibile variabilità qualitativa della produzione. Inoltre, la pulizia dello stampo dovrebbe essere eseguita come ultimo compito, dopo che sono stati eseguiti i lavori di risoluzione dei problemi, riparazione, incisioni e incisione chimica.

Utilizzo di procedure di pulizia specifiche

Non esiste un prodotto o un processo di pulizia universale per tutti i tipi di accumulo nello stampo. I depositi hanno nature diverse e quindi non esiste un metodo di pulizia universale efficace con tutti i tipi di contaminazione. I metodi variano anche in base al design e alle dimensioni dello stampo. Trovare i prodotti e le attrezzature giuste, combinati con metodi e frequenze documentati, può ridurre le ore di pulizia fino al 50% e ridurre considerevolmente l’usura dell’attrezzatura. Tipicamente, il metodo migliore comporterà due o tre diverse tecnologie progettate per pulire tipi specifici di residui. È essenziale affidarsi a metodologie che rimuovano efficacemente i residui ma prevengano anche qualsiasi danno allo stampo. L’uso di sostanze aggressive e potenzialmente corrosive è assolutamente da evitare poiché potrebbe essere controproducente.

Un’altra cosa da evitare è l’eccesso di pulizia (“over-cleaning”). Questo avviene attraverso pulizie troppo frequenti utilizzando metodi abrasivi come spugne abrasive grossolane, tela smeriglio o carta vetrata, pietre, spazzole montate su macchine dotate di setole di varie composizioni (come ottone e acciaio) o lucidatura manuale. Sono abrasivi per lo stampo anche operazioni come la sabbiatura o unità di sabbiatura ad alta pressione che utilizzano media come plastiche dure, sfere di vetro, gusci di noce e particelle di alluminio. Tutti questi metodi abrasivi, se usati frequentemente o in un ambiente di manutenzione non regolamentato, causeranno un’usura eccessiva, eroderanno la superficie e i bordi dell’acciaio o apriranno i pori martellando la superficie dello stampo come microscopici scalpelli, causando porosità a cui i residui aderiscono più facilmente. Questa è la ragione principale per cui gli stampi puliti a fondo subiscono un rapido accumulo di residui e riacquistano la macchia iniziale solo dopo poche ore di funzionamento.

Le piastre degli stampi non hanno bisogno di brillare per fare il loro lavoro. Una piastra adeguatamente pulita con la corretta protezione dalla ruggine è la chiave per la longevità. Sarebbe consigliabile procedere con un processo di pulizia standardizzato che utilizzi sempre gli stessi prodotti e procedure: in questo modo sarà possibile minimizzare la possibile variabilità dei pezzi di produzione dovuta al livello di pulizia dello stampo, eliminando il fattore umano dall’equazione.

Nel prossimo articolo forniremo alcuni casi reali di pulizia efficace, indicando il tipo di contaminazione, il tipo di superficie, i prodotti e la metodologia adottata.