التشكيل بالحقن

طريقة القولبة بالحقن ( injection molding )
توجد اللدائن على شكل حبيبات بودرة أو سوائل أو عصي أو أنابيب وبالتالي فان عملية تصنيعها للحصول على المنتج النهائي تختلف لتتناسب مع طبيعة الشكل الموجودة عليه.
ونلاحظ أن المواد الثرموبلاستيكية ( مواد التلدن بالحرارة ) تكون قابلة للتصنيع بمعظم الطرق المعروفة بينما المواد الثرموسيتنج ( مواد التصلد بالحرارة) تحتاج إلى طرق أخري للتشكيل ، وهذا يرجع إلى الخاصية المميزة للمواد الثرموبلاستيكية بإمكانية اعادة تشكيلها بالتسخين دون حدوث تغير كيميائي في تركيبها في حين أن المواد الثرموستينج يكون التفاعل الكيميائي لعملية البلمرة أثناء عملية صناعة المنتج النهائي منها بتأثير الحرارة والضغط والعوامل المنشطة ، وهذا المفهوم يجب تذكرة دائما عند دراسة طرق تصنيع البلاستيك ونوع الراتنج المستخدم في عملية التصنيع.
قوالب ( molds ) Injection ( injection molding ) : injection moulds
يمكن القول إن أسلوب تصنيع البلاستيك بطريقة Molds ( molds ) Injection ( injection molding ) هو الأسلوب الشائع الاستعمال في تشكيل المواد البلاستيكية وهو أيضا واحد من اقدم الأساليب في هذا المجال. ويمكن تلخيص أساسيات عملية الصب في Molds ( molds ) بواسطة Injection ( injection molding ) إلى الخطوات التالية : 1- يملأ القادوس بحبيبات الراتنج المستخدم. 2- يسخن الراتنج إلى الدرجة التي تجعله لينا وقابلا للتدفق. 3- يدفع الراتنج المتدفق خلال الفونية إلى تجويف القالب ( molds ) ( أنثى القالب ( molds ) ). 4- عندما يبرد القالب ( molds ) فينفصل نصفيه متباعدين. 5- يطرد المنتج النهائي من القالب ( molds ).
وقد توجد خطوات اقل أو اكثر من هذه الخمسة الأساسية حسب نوع وطراز Injection ( injection molding ) المستخدمة إلا أنها ولابد أن تتبع هذه الخطوات الأساسية ، ونجد في الصور المرفقة بعض ماكينات Injection ( injection molding ) وأنواع المنتجات المختلفة منها. مكائن Injection ( injection molding ) في Molds ( molds ) :
توجد مكائن Injection ( injection molding ) في أحجام وقدرات مختلفة وقد تكون يدوية التشغيل أو تعمل بالكهرباء أو آلية أو نصف اليه كما أن الأنواع الحديثة منها تخضع لبرمجة الكمبيوتر ، كما تختلف أنواعها حسب وزن المنتج النهائي وعزم المكبس الذي يقوم بربط نصفي القالب ( molds ) أثناء Injection ( injection molding ). ويتراوح وزن المنتج النهائي بين عدة جرامات إلى اكثر من عشرة كيلو جرام كما يصل عزم الربط بين نصفي القالب ( molds ) إلي اكثر من 2700 طن. وتتكون Injection ( injection molding ) من وحدتين اساسيتين هما : الوحدة الأولى : وحدة حقن ( injection molding ) البلاستيك الساخن وفيها : 1- قادوس التغذية. 2- اسطوانة Injection ( injection molding ) الساخنة. 3- كباس Injection ( injection molding ) أو النظام اللولبي. الوحدة الثانية : وحدة فتح وغلق نصفي القالب ( molds ) وتتكون من طنبور ( صينية ) ثابت يوضع عليه نصفي القالب ( molds ) وآخر متحرك هيدروليكيا. وهناك تصميمات مختلفة لمكائن Injection ( injection molding ) إلا أنها تعتمد أساسا على أحد النوعين التاليين : 1- مكائن تستخدم دافعة Injection ( injection molding ). 2- مكائن تستخدم الكباس اللولبي التبادلي.
والفرق بين النوعين هو في الطريقة التي يتم بها دفع المادة البلاستيكية الساخنة من داخل اسطوانة Injection ( injection molding ) الساخنة عبر الفونية الى القالب ( molds ).
ولما كان النوع الثاني هو الأكثر شيوعا واستخداما فهو ما سنعني به في هذا الكتاب وذلك للميزات التالية فيه :
1- سرعة المشوار. 2- انخفاض درجة حرارة الانصهار. 3- سهولة امتزاج الصهير.
وفي مكان القلاووظ (اللولب) التبادلي تتم عملية Injection ( injection molding ) حسب الخطوات التالية: 1- توضع البودرة في القادوس لتسلك طريقها إلى اسطوانة Injection ( injection molding ) خلال فتحة اتصال. 2- تتقدم البودرة إلى الأمام نتيجة للحركة اللولبية للكباس والتي تدفع بها تحت ضغط عال الى الجدران الساخنة للاسطوانة كي تنصهر ومع تزايد الضغط وتراجع اللولب يتجمع مزيد من البودرة المنصهرة تمهيدا لبدء دفعة Injection ( injection molding ). 3- باندفاع اللولب إلى الأمام هيدروليكيا تحقن ( injection molding ) البودرة المنصهرة من خلال الفونية مرورا بعيون الصب والمجاري إلى تجاويف القالب ( molds ) المغلق. 4- يظل تأثير ضغط الاندفاع فترة قصيرة تسمح للصهير المحقون بالثبات في القالب ( molds ). 5- يتراجع اللولب ويقل الضغط بينما يقوم الماء بتبريد القالب ( molds ) حيث تتماسك وتتصلب المادة المنصهرة بسرعة متخذة شكل القالب ( molds ). 6- يفتح القالب ( molds ) ويطرد المنتج النهائي من النصف المتحرك فيها ما بضغط الهواء أو بواسطة خابور طرد زنبركي. 7- يغلق القالب ( molds ) مرة أخرى لبدء مشوار جديد.
قوالب ( molds ) Injection ( injection molding )
يتكون القالب ( molds ) المستخدم في مكائن Injection ( injection molding ) من نصفين أحدهما ثابت وملتصق بالصينية الثابتة للماكينة ويتصل مباشرة بالفونية أثناء التشغيلة بينما النصف الآخر متحرك مع الصينية المتحركة ويتصل به عادة نظام طرد المنتج ( بضغط الهواء أو خوابير الطرد).
وهناك آلاف الأشكال لقوالب ( molds ) Injection ( injection molding ) ذات الأحجام المتباينة وبعضها هد يعطي وحدة واحدة من المنتج والبعض الآخر قد يعطي وحدات متركزة في المشوار الواحد (خاصة الوحدات الصغيرة الحجم) . حيث يقوم مصمم القالب ( molds ) بوضع عدة تجاويف فيه تحقن ( injection molding ) بالبلاستيك المنصهر في نفس المشوار وذلك بعمل مجاري في القالب ( molds ) تحمل الصهير من عنق الصب إلى كل تجويف على حدة عبر بوابة ذات فتحة اصغر من اتساع المجرى حتى تعطي امتلاء كامل ومنتظم للتجويف وفي نفس الوقت تسهل عملية فصل المنتج النهائي عن المجاري.
وتعرف المنتجات البلاستيكية المصنعة بمكائن Injection ( injection molding ) من نقطة Injection ( injection molding ) التي تظهر عليها وتكون غالبا عن خط الاتصال بين نصفي القالب ( molds ) أو في منتصف المنتجات الاسطوانية الشكل كالفناجين ... الخ.
وتتميز طريقة Injection ( injection molding ) في Molds ( molds ) بالإنتاجية العالية وهذا عامل رئيسي في خفض تكلفة الإنتاج حيث نجد أن سعر القالب ( molds ) والماكينة مرتفعان جدا بالمقارنة بسعر الخام المستخدم في احقن ( injection molding ) لذا يجب أن يكون الإنتاج غزيرا لتغطية هذه التكلفة العالية حين بيعه بسعر رخيص في الأسواق.
ومعظم مكائن Injection ( injection molding ) يمكنها إنتاج آلاف القطع البلاستيكية في الوردية الواحدة اعتمادا على وزن وحجم المنتج النهائي وزمن المشوار.
ونلاحظ هنا انه يمكن لجميع المواد الثرموبلاستيكية أن تصنع بطريقة Injection ( injection molding ).
المعدات الثانوية المساعدة
1- التلوين : يتم تلوين حبيبات أو بودرة الراتنج في براميل للتغليب قبل وضعها في قادوس الماكينة وذلك بخلها بنسبة 1 – 5% صبغة مركزة باللون المطلوب. 2- التجفيف : بعض المواد الثرموبلاستيكية (كانايلون) تمتص الرطوبة من الجو مما يؤدي إلى ظهور فقاقيع مائية على سطح المنتج النهائي ، لذا فان الراتنج المستخدم يجب تسخينه الى ما قبل درجة انصهاره لطرد بخار الماء منه قبل إدخاله في القادوس ، ومعظم مكائن Injection ( injection molding ) الحديثة مزودة بوحدة تجفيف ملحقة بقادوس الماكينة. 3- التبريد : لابد من استخدام نظام تبريد عبارة عن مواسير يجري بها تيار من الماء البارد المتجدد حول القالب ( molds ) لتبريده وامتصاص حرارة الصهير المحقون فيه ما يساعد على سرعة تماسك المنتج النهائي وبالتالي تقليل زمن المشوار. 4- الكسارة : لما كانت المواد الثرموبلاستيكية يمكن إعادة استخدامها لذا فان النفايات الناتجة عن التشغيل كالقطع المعيبة أو الزوائد الناتجة عن التشذيب ( محل فتحة الصب أو بواسطة كشارة مثقبية يفضل اتصالها بالماكينة مباشرة (لمنع التلوث) حيث تقوم سكاكين التقطيع بقذف النفايات إلى الكسارة ثم تدفع الحبيبات الناتجة بالشفط إلى القادوس لتختلط بالحبيبات الجديدة متجهة جميعها إلى وحدة Injection ( injection molding ).
ويمكن تغذية الكسارة يدويا بواسطة العامل حيث توضع بجانب Injection ( injection molding ) إلا أن المشكلة الأساسية في الأسلوب اليدوي هو تلوث واتساخ الحبيبات الناتجة أثناء النقل.
حقن ( injection molding ) مواد الثرموست ( مواد التصلد بالحرارة)
علمنا مما سبق أن مواد الثرموست تحتاج إلى الحرارة وليس التبريد لكي تتم بلمرتها إلى مواد صلبة.
ويمكننا بإجراء بعض التعديلات في مكائن Injection ( injection molding ) ذات اللولب التبادلي أن نستخدم طريقة القولبة بالحقن ( injection molding ) لإنتاج قطع بلاستيكية من مواد الثرموست.
ولعمل ذلك فإننا نقوم بتسخين مادة الثرموست في الاسطوانة إلى درجة حرارة تجعلها لينة ( من 65م إلى 115م ) ثم تحقن ( injection molding ) إلى القالب ( molds ) الساخن وتترك لتأخذ شكلها النهائي عند درجة حرارة ( من 162م إلى 204م ) وبعد تصلبها فإنها تطرد من القالب ( molds ) ساخنة. ملاحظة هامة : إذا ظلت مادة الثرموست في الاسطوانة فترة أطول من اللازم أو إذا سخنت لفترة طويلة نسبيا فإنها تتصلب داخل الاسطوانة وتسبب انسداد واعاقة حركة الماكينة.
ويتم تسخين الاسطوانة لهذه المكائن المخصوصة بإحاطتها بالماء أو الزيت الساخنين ، إما تسخين القالب ( molds ) فيتم بواسطة سخان كهربائي على شكل خرطوش يدخل في القالب ( molds ) للوصول به الى درجة الحرارة المناسبة لتصلب مادة الثرموست داخله.
ومن اشهر مواد الثرموست التي يتم حقن ( injection molding )ها بهذه الطريقة الميلامين واليوريا والفينولات.
وتتميز طريقة حقن ( injection molding ) مواد الثرموست عن غيرها من طرق التصنيع ( كطريقة الضغط والنقل ) بأنها ذات مشوار زمني قصير وتتفادى عمليات التسخين والتشكيل المسبق للتصنيع.
ملاحظة هامة : نؤكد هنا ما سبق أن ذكرناه وهو إن نفايات مواد الثرموست لا تصلح لإعادة الاستخدام بالتكسير.
الحقن ( injection molding ) في Molds ( molds ) مع التفاعل reaction injection moulding rim
وتشمل هذه الطريقة دفع نوعين من مواد الثرموست على شكل سائل داخل القالب ( molds ) حيث يتم تفاعلهما واستكمال بلمرتهما لإنتاج الشكل البلاستيكي النهائي.
يوضع تياران من نوعين من سائل راتنج polyurethane المتفاعل حقن ( injection molding )ا تحت ضغط كبير ( 2500 رطل / بوصة مربعة) في راس الخلط حيث يندفعا إلى تجاويف القالب ( molds ) عبر بوابة ، وبنزول خليط السائل إلى قاع القالب ( molds ) يطفو الهواء إلى أعلى خارجا من شق الاتصال بين نصفي القالب ( molds ).
ويمر سائل اليوريثان بحالة هلامية قبل أن يتصلد ، وعندما يتم التصلد بدرجة كافية فانه يزال باليد او بواسطة خوابير الطرد.
يستغرق مشوار التصنيع بهذه الطريقة بين دقيقتين إلى أربعة دقائق تقريبا ، ونلاحظ أن كمية السوائل الزائدة تطرد هي الأخرى خارجة من خطالانفصال في القالب ( molds ) ويجب إزالتها تماما من المنتج الخارج.
وتستخدم مادة خاصة لفصل القالب ( molds ) ترش بها جدرانه الداخلية قبل كل مشوار لتسهيل إزالة المنتج النهائي ولما كانت هذه المادة تسبب الانزلاق فيجب إزالتها من مسطح المنتج قبل تلوينه ( عادة يحتاج الإنتاج بهذه الطريقة الى تلوين ) كأجزاء السيارات الخارجية والتي يجب إعطائها نفس لون السيارة.
وهذه الطريقة ذات مستقبل غير محدود لتصبح إحدى اكبر وسائل التقنية في صناعات البلاستيك نظرا لكبر حجم المنتج النهائي وقلة التكاليف مقارنة بالطرق الأخرى سواء في صناعة البلاستيك أو الصناعات المعدنية كما أنها تحتاج إلى كمية ضئيلة من الطاقة وتكلفة المكائن المستخدمة فيها اقل من مكائن Injection ( injection molding ) التقليدية.