หน้าหลัก > โรงงานพลาสติก > บทความงานพลาติก > การไหลของพลาสติกในงานฉีด 01

3. การไหลของพลาสติกในงานฉีด

หน้า 1 2

3.1 บทนำ

การไหลของพลาสติกเหลวตั้งแต่ออกจากหัวฉีด เข้าสู่แม่พิมพ์ฉีดไหลผ่านระบบทางน้ำพลาสติกวิ่ง (Runner) และทางน้ำพลาสติกเข้า (Gate) จนกระทั่งไหลเข้าไปในคาวิตี้ (Cavity) ซึ่งเป็นบริเวณที่เป็นตัวกำหนดรูปร่างของชิ้นงานฉีดนั้น การไหลควรมีความถูกต้องเหมาะสม เช่น มีการไหลที่เป็นระเบียบ ไม่เกิดการไหลแบบปั่นป่วน มีความเร็วในการไหลและอัตราการไหลที่เท่ากันหรือสม่ำเสมอกัน ส่วนความเร็วในการไหลหรืออัตรา การไหลจะเป็นเท่าไรนั้นก็ขึ้นอยู่กับความเหมาะสมในการป้องกันหรือแก้ไขปัญหางานฉีดที่อาจจะเกิดขึ้นกับตัวชิ้นงานฉีดในโรงานฉีดพลาสติก

3.2 การไหลของพลาสติกเหลวขณะออกจากหัวฉีด

การไหลของพลาสติกเหลวออกจากหัวฉีดควรต้องมีทิศทางการไหลที่พุ่งไปข้างหน้า ขนานกับหัวฉีด ไม่ควรไหลแบบหาทิศทางไม่ได้ และไม่ควรเกิดการไหลแบบเสียรูปร่าง เช่น ไหลเป็นเกลียว ถ้ามีการไหลที่ไม่ถูกต้องตามที่กล่าวมา แสดงว่ามีสิ่งกีดขวางการไหลของพลาสติกอยู่ในหัวฉีด เช่น มีเศษโลหะตกค้างในหัวฉีด(ส่วนมาจะเกิดกับเม็ดพลาสติกรีไซเคิล) หรือรูของหัวฉีดอาจจะเอียง รูไม่กลม นอกจากนี้ผิวของพลาสติกเหลวจะต้องเรียบไม่ขรุขระ เนื้อพลาสติกเหลวจะต้องไม่มีฟองอากาศสูง

รูปที่ 3.1 ลักษณะการไหลของพลาสติกออกจากหัวฉีดที่ถูกต้องและไม่มีฟองอากาศ

รูปที่ 3.2 ลักษณะการไหลของพลาสติกออกจากหัวฉีดที่ถูกต้องแต่มีฟองอากาศ

3.3 การไหลของพลาสติกเหลวในแม่พิมพ์ฉีด

3.3.1 ลักษณะและรูปแบบการไหลของพลาสติกเหลวในแม่พิมพ์ฉีด

เมื่อพลาสติกเหลวไหลเข้าไปในแม่พิมพ์ฉีดจะมีลักษณะการไหลเหมือนกับน้ำพุ กล่าวคือน้ำพุนั้นเมื่อขึ้นไปสูงสุดจนหมดแรงก็จะตกลงมา ตามรูปที่ 3.3 ส่วนการไหลของพลาสติกเหลวที่เข้าแม่พิมพ์นั้น พลาสติกเหลวตัวแรกที่ไหลเข้าไปก่อนจะอยู่ในตำแหน่งด้านหน้า เมื่อพลาสติกเหลวตัวที่สองไหลเข้าไปก็จะไปแทนที่พลาสติกตัวแรก และพลาสติกตัวแรกจะถูกขับดันไปอยู่ด้านข้างของผิวแม่พิมพ์ และเมื่อพลาสติกเหลวตัวที่สามไหลเข้าไป จะไปแทนที่พลาสติกตัวที่สอง โดยพลาสติกตัวที่สองจะถูกขับดันไปอยู่ด้านข้างของผิวแม่พิมพ์และอยู่ด้านหน้าของพลาสติกตัวแรก ซึ่งจะเป็นเช่นนี้ตลอดไปจนสุดทางการไหล ส่วนพลาสติกเหลวที่ไหลเข้าแม่พิมพ์เพิ่มเติม จะเกิดการไหลตามแนวการไหลเท่านั้นคือหยุดการขับดันพลาสติกที่อยู่ในแม่พิมพ์ใหไปอยู่ด้านข้างของผิวแม่พิมพ์ดังรูปที่มีตัวเลข 1–10 ที่แสดงลำดับการไหลของพลาสติกเหลวเข้าแม่พิมพ์ตั้งแต่ตัวแรก (หมายเลข 1) และพลาสติกเหลวเข้าแม่พิมพ์ตัวสุดท้าย (หมายเลข 10) ตามรูปที่ 3.4

รูปที่ 3.3 ลักษณะการไหลของพลาสติกเหลวในแม่พิมพ์ที่เหมือนน้ำพุ

รูปที่ 3.4 หมายเลข 1-10 ที่แสดงตำแหน่งการไหลของพลาสติกเหลวในแม่พิมพ์เหมือนน้ำพุ

ลักษณะเวกเตอร์ความเร็วในการไหลของพลาสติกเหลวจะเป็นไปตามรูปที่ 3.5 นั่นคือพลาสติกเหลวบริเวณตรงกลางของช่องทางการไหลจะมีความเร็วในการไหลเร็วที่สุด ส่วนพลาสติกเหลวที่ผิวแม่พิมพ์จะไหลช้าที่สุด เนื่องจากผนังแม่พิมพ์ที่เย็นและเกิดการแข็งตัวของพลาสติก และรูปแบบการไหลของพลาสติกเหลวตรงบริเวณด้านหน้า (Flow Front) ของการไหลจะมีลักษณะเหมือนน้ำพุ กล่าวคือพลาสติกที่ไหลอยู่ตรงกลางของช่องทางการไหลซึ่งมีการไหลตัวได้เร็วที่สุดนั้นจะมีการไหลแหวกออกไปด้านข้างที่ผนังแม่พิมพ์ด้วย ดังนั้นพลาสติกที่ตำแหน่งด้านหน้าสุดของการไหลจะมีความเร็วในการไหลที่เท่ากันตามรูปที่ 3.5 เนื่องจากพลาสติกบริเวณตรงกลางของ ช่องทางการไหลมีการไหลออกไปด้านข้างแทนที่จะไหลพุ่งไปข้างหน้า ทำให้ความเร็วการไหลลดลงตามรูปที่ 3.6 และตลอดระยะทางการไหลของพลาสติกในแม่พิมพ์จะพบว่าความเร็วในการไหลของพลาสติกบริเวณตรงกลางของช่องทางการไหลจะลดลงเรื่อย ๆ ดังรูปที่ 3.7

รูปที่ 3.5 ความเร็วการไหลของพลาสติกตลอดพื้นที่หน้าตัดของช่องทางการไหลและลักษณะด้านหน้าของการไหล (Flow Front)

รูปที่ 3.6 การเปลี่ยนแปลงตำแหน่งในการไหลบริเวณด้านหน้าของการไหล (Flow Front)

รูปที่ 3.7 ความเร็วในการไหลตรงกลางของช่องทางการไหลที่ลดลงตามระยะทางการไหลที่เพิ่มขึ้น

รูปที่ 3.8 ภาพที่แสดงให้เห็นด้านหน้าการไหล (Flow Front) ของพลาสติกตรงบริเวณรอยแหว่ง

ส่วนในรูปที่ 3.8 เป็นภาพถ่ายเปรียบเทียบระหว่างชิ้นงานฉีดที่เต็มสมบูรณ์ในแม่พิมพ์กับชิ้นงานที่แหว่ง เพื่อให้เห็นลักษณะการไหลแหวกตัวออกด้านข้างตรงบริเวณด้านหน้าการไหล (Flow Front) ของพลาสติกที่บริเวณรอยแหว่งได้อย่างชัดเจนมากขึ้น นอกจากนี้โซ่โมเลกุลของพลาสติกยังเกิดการเรียงตัว (Orientation) ที่บริเวณด้านหน้าของการไหลนี้ด้วย โดยเฉพาะที่ตำแหน่งด้านหน้าสุดจะเกิดการเรียงตัวของโซ่โมเลกุลมากที่สุด ดังรูปที่ 3.9

รูปที่ 3.9 การเกิดการเรียงตัวของโซ่โมเลกุลตามแนวทิศทางการไหลของพลาสติก

3.3.2 อัตราการไหลแลรความเร็วในการไหลของพลาสติก

สิงที่เกิดขึ้นในการไหลของพลาสติกเหลวขณะเข้าแม่พิมพ์ฉีดนั้น จะมีอยู่ 2 อย่างที่ควรต้องคำนึงถึง คือ อัตราการไหลของพลาสติกเหลว (Q, mm³/s) และความเร็วในการไหลของพลาสติกเหลว (V, mm/s) โดยช่างฉีดในโรงงานพลาสติกส่วนใหญ่จะคิดถึงเพียงแค่อัตราการไหลของพลาสติกเหลวเท่านั้น โดยมองข้ามความสำคัญของความเร็วในการไหลของพลาสติกเหลวในแม่พิมพ์ไปอย่างสิ้นเชิง ซึ่งในความเป็นจริงแล้ว ถ้าโรงงานพลาสติกมองการไหลของพลาสติกเหลวในแม่พิมพ์ ความเร็วในการไหลจะมีความสำคัญมากกว่าอัตราการไหล ในขณะที่หากพิจารณาการไหลของพลาสติกเหลวในกระบอกฉีด สิ่งที่สำคัญคือ อัตราการไหล ความเร็วในการไหลของพลาสติกเหลวในแม่พิมพ์หรือในตัวชิ้นงานนั้นจะไม่คงที่หรือมีการเปลี่ยนแปลงไป ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของ Gate ขนาดของ Gate ความแตกต่างของความหนา ชิ้นงาน ดังตัวอย่างต่อไปนี้
ในการฉีดชิ้นงานพลาสติกที่มีลักษณะเป็นแผ่นวงกลมหรือทรงกลม (ถังหิ้วปูน) หนา 2 มิลลิเมตร ตำแหน่ง Gate หรือจุดฉีดนั้นจะอยู่ตรงกลางชิ้นงาน ใช้ความเร็วในการฉีดทั้งหมด 6 ความเร็วและเวลาฉีดรวม 6 วินาที โดย 3 ความเร็วฉีดแรก มีค่าเท่ากันและมีอัตราการฉีดเท่ากัน คือ 1 cm³/s เวลาฉีดแต่ละความเร็วเป็น 1 วินาที รวมเวลาฉีดในช่วงแรกเป็น 3 วินาที ส่วน 3 ความเร็วฉีดในช่วงที่สองมีค่าเท่ากันและมีอัตราการฉีดเท่ากัน คือ 1.608 cm³/s เวลาฉีดแต่ละความเร็วเป็น 1 วินาที รวมเวลาฉีดของช่วงที่สองคือ 3 วินาที สิ่งที่เกิดขึ้นกับการไหลของพลาสติกเหลว คือ เนื้อพลาสติกเหลวที่ไหลเข้าแม่พิมพ์จะเกิดเป็นลักษณะของวงกลมทั้งหมด 6 วงกลม ตามความเร็วฉีดทั้ง 6 ความเร็วดังกล่าว ตามรูปที่ 3.10 ดังรายละเอียดต่อไปนี้
1. ความเร็วแรกและเวลาฉีดที่วินาทีแรก จะได้เนื้อชิ้นงานวงกลมที่มีรัศมี 12.62 mm กล่าวคือ พลาสติกเหลวมีความเร็วในการไหลเท่ากับ 12.62 mm/s
2. ความเร็วที่สองและเวลาฉีดที่วินาทีที่ 2 จะได้เนื้อชิ้นงานวงกลมที่มีรัศมี 17.85 mm มีระยะทาง เพิ่มขึ้น 17.85 – 12.62 = 5.23 mm คือพลาสติกเหลวมีความเร็วในการไหลเท่ากับ 5.23 mm/s
3. ความเร็วที่สามและเวลาฉีดที่วินาทีที่ 3 จะได้เนื้อชิ้นงานวงกลมที่มีรัศมี 21.86 mm มีระยะทางเพิ่มขึ้น 21.86 – 17.85 = 4:01 mm คือพลาสติกเหลวมีความเร็วในการไหลเท่ากับ 4.01 mm/s
4. ความเร็วที่ลี่และเวลาฉีดที่วินาทีที่ 4 จะได้เนื้อชิ้นงานวงกลมที่มีรัศมี 27.09 mm มีระยะทางเพิ่มขึ้น 27.09 – 21.86 = 5.23 mm คือพลาสติกเหลวมีความเร็วในการไหลเท่ากับ 5.23 mm/s
5. ความเร็วที่ห้าและเวลาฉีดที่วินาทีที่ 5 จะได้เนื้อชิ้นงานวงกลมที่มีรัศมี 31.46 mm มีระยะทางเพิ่มขึ้น 31.46 – 27.09 = 4.37 mm คือพลาสติกเหลวมีความเร็วในการไหลเท่ากับ 4.37 mm/s
6. ความเร็วที่หกและเวลาฉีดที่วินาทีที่ 6 จะได้เนื้อชิ้นงานวงกลมที่มีรัศมี 35.30 mm มีระยะทางเพิ่มขึ้น 35.30 – 31.46 = 3.84 mm คือพลาสติกเหลวมีความเร็วในการไหลเท่ากับ 3.84 mm/s
จากข้อมูลดังที่ได้กล่าวมานั้น จะพบว่าถ้าต้องการให้ระยะทางต่อเวลาหรือความเร็วในการไหลของพลาสติกเหลวในแม่พิมพ์ในช่วงวินาทีที่ 4 มีค่าเท่ากับความเร็วที่วินาทีที่ 2 คือ 5.23 mm/s จะต้องใช้อัตราการไหลของพลาสติกเหลวที่ออกจากหัวฉีดและเข้าแม่พิมพ์เพิ่มขึ้นจาก 1 cm³/s เป็น 1.608 cm³/s ซึ่งคำนวณใด้ดังนี้
จาก อัตราการไหล (Q) = ปริมาตร/เวลา (V/T)
รัศมีวงกลมของชิ้นงานที่วินาทีที่สี่ เท่ากับ รัศมีวงกลมของชิ้นงานที่วินาทีที่ 3 บวกกับ 5.23 มิลลิเมตร นั่นคือ 21.86 + 5.23 = 27.09 mm
ดังนั้นปริมาตรเนื้อพลาสติกเหลวที่ไหลเข้าแม่พิมพ์เพิ่มขึ้นในช่วงวินาทีที่ 4 เท่ากับ

อัตราการไหล (Q) = ปริมาตรพลาสติกเหลว 1.608 ลบ.ซม./เวลาฉีด 1 วินาที = 1.608 cm³/s

รูปที่ 3.10 ลักษณะความเร็วการไหลของพลาสติกในการรันงานวงกลมที่มี Gate อยู่ตรงกลาง

จากการคำนวณให้เห็นถึงการไหลของพลาสติกเหลวในแม่พิมพ์ดังกล่าวข้างต้น จะพบว่าในการฉีดชิ้นงานวงกลมที่มีจุดฉีดอยู่ตรงกลางชิ้นงานนั้น ความเร็วในการไหลของพลาสติกเหลวจะลดลงเรื่อย ๆ แต่ถ้าเปลี่ยนจุดฉีดไปอยู่ทางด้านข้างของชิ้นงานวงกลมตามรูปที่ 3.11 กลับพบว่าความเร็วในการไหลของพลาสติกเหลวจะแตกต่างไปจากเดิมคือ ความเร็วในการไหลของพลาสติกเหลวในช่วงครึ่งวงกลมแรกจะมีความเร็วลดลงเรื่อย ๆ และความเร็วในช่วงครึ่งวงกลมหลังจะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ สาเหตุที่เป็นเช่นนี้สามารถอธิบายได้ว่า ในช่วงครึ่งวงกลมแรก เนื้อพลาสติกเหลวจะต้องไหลออกไปทางด้านความกว้างของวงกลมมากขึ้นเรื่อย ๆ ทำให้ความเร็วที่ต้องไหลไปทางด้านหน้าลดลง ส่วนในช่วงของครึ่งวงกลมหลัง เนื้อพลาสติกเหลวจะไหลออกไปทางด้านความกว้างของวงกลมน้อยลงเรื่อย ๆ ทำให้ความเร็วที่ต้องไหลไปด้านหน้าสามารถเพิ่มขึ้นได้

รูปที่ 3.11 ลักษณะความเร็วการไหลของพลาสติกในการรันงานวงกลมที่มี Gate อยู่ด้านข้าง

3.3.3 ตัวอย่างการคำนวณ

เพื่อให้เกิดความเข้าใจเกี่ยวกับอัตราการไหลและความเร็วในการไหลของพลาสติกเหลวมากขึ้น โรงงานฉีดพลาสติกสามารถศึกษาเพิ่มเติมได้จากตัวอย่างการคำนวณ ต่อไปนี้
ตัวอย่างที่ 1 ในการใช้เครื่องฉีดที่มีสกรูฉีดโต 20 มิลลิเมตร เวลาในการฉีด 5 วินาที ความเร็วในการเคลื่อนที่ฉีดของสกรูมีค่าคงที่คือ 8 mm/s จุดฉีดอยู่ตรงกลางชิ้นงานและชิ้นงานมีความหนา 2 มิลลิเมตร อยากทราบว่าความเร็วในการไหลของพลาสติกเหลวในแม่พิมพ์จะเป็นอย่างไร

ตัวอย่างที่ 2 จากรูปที่ 3.12 ควรใช้ความเร็วในการเคลื่อนที่ฉีดของสกรูฉีดเป็นอย่างไร สำหรับเครื่องฉีดที่มี 3 ความเร็วในการฉีด เพื่อให้ความเร็วในการไหลของพลาสติกเหลวในแม่พิมพ์คงที่ คือ 15 mm/s เวลาในการฉีด 3 วินาที สกรูฉีดที่ใช้โต 15 มิลลิเมตร ชิ้นงานที่ฉีดมีความโต 90 มิลลิเมตร หนา 1 มิลลิเมตร, V1 = V2 = V3 = 15 mm/s, R1 = 15 มิลลิเมตร, R2 = 30 มิลลิเมตร, R3 = 45 มิลลิเมตร จุดฉีดอยู่ตรงกลางชิ้นงาน

รูปที่ 3.12 ความเร็วในการไหลของพลาสติกเหลวในชิ้นงานที่ต้องการของตัวอย่างที่2

3.3.4 ระยะทางการไหลของพลาสติกในแม่พิมพ์

พลาสติกในแม่พิมพ์ฉีดจะไหลไปได้เป็นระยะทางเท่าไรนั้น จะขึ้นอยู่กับแฟกเตอร์ต่าง ๆ เช่น ความหนืดของพลาสติก อุณหภูมิพลาสติกเหลว อุณหภูมิแม่พิมพ์ ความดันฉีด ความเร็วฉีด เป็นต้น แต่สิ่งที่โรงงานพลาสติกควรพิจารณามากที่สุดคืออัตราการไหลของพลาสติกเหลวขณะที่กำลังไหลอยู่ในแม่พิมพ์ ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงไปได้ตามแฟกเตอร์ต่าง ๆ ที่กล่าวมา เพราะว่าพลาสติกที่กำลังไหลอยู่ในแม่พิมพ์นั้นจะเกิดการเย็นตัวไปด้วยเนื่องจากอุณหภูมิแม่พิมพ์ที่เย็น ทำให้ช่องทางการไหลของพลาสติกเหลวที่มีอยู่จริงลดลง ดังรูปที่ 3.13 จะพบว่าการใช้ความเร็วในการฉีดที่สูงกว่า (การปรับตั้งความเร็วในการเคลื่อนที่ของสกรูฉีดที่มากกว่า) พลาสติกจะไหลไปได้เป็นระยะทางยาวกว่า เนื่องจากพลาสติกสามารถไหลได้ปริมาณมากกว่า (อัตราการไหลมากกว่า) ไม่ใช่เพราะพลาสติกไหลได้เร็วกว่าตามความเร็วของสกรูฉีด สาเหตุคือหากใช้ความเร็วฉีดสูง พลาสติกที่อยู่ในแม่พิมพ์จะมีอุณหภูมิที่สูง กว่าชั้นของพลาสติกที่เย็นตัวเป็นของแข็งจึงมีความหนาที่น้อยกว่า นั่นคือขนาดของช่องทางการไหลของพลาสติกเหลวยังคงมีขนาดที่กว้างมากกว่า ทำให้พลาสติกมีอัตราการไหลที่มากกว่า (แต่ความเร็วในการไหลอาจจะลดลงได้)

รูปที่ 3.13 ระยะทางการไหลของพลาสติกในแม่พิมพ์ที่เกิดจากความเร็วในการฉีด

3.3.5 การเรียงตัวของโซ่โมเลกุลของพลาสติก

ความแข็งแรงของชิ้นงานพลาสติกนั้นส่วนหนึ่งจะมาจากการเรียงตัวของโซ่โมเลกุลพลาสติก (Molecular Orientation) ชิ้นงานพลาสติกจะมีความแข็งแรงมากชิ้นถ้ามีการเรียงตัวของโซ่โมเลกุลแบบสองทิศทาง (Biaxial Orientation) โดยเฉพาะแบบหลายทิศทาง (Multi–axial Orientation) ดังนั้นสิ่งสำคัญอีกอย่างหนึ่งที่โรงงานฉีดพลาสติกควรต้องให้ความสนใจ นั่นคือการเกิดการเรียงตัวของโซ่โมเลกุลของพลาสติกตั้งแต่เริ่มไหลเข้าไปในแม่พิมพ์และเกิดการเย็นตัว ซึ่งในกระบวนการเอ็กทรูชั่น (Extrusion) จะต้องการให้ชิ้นงานเกิดการเรียงตัวของโซ่โมเลกุลเพื่อให้มีความแข็งแรงเพิ่มมากขึ้น เช่น เส้นใยพลาสติกต่าง ๆ โดยการดึงพลาสติกให้มีการยืดตัวออกตามแนวยาวในขณะที่พลาสติกยังอยู่ในช่วงของอุณหภูมิที่สามารถยืดตัวได้ ดังนั้นการเรียงตัวของโซ่โมเลกุลที่เกิดขึ้นจึงมีความเครียดเกิดขึ้นน้อย กล่าวคือเกิดความเค้นเนื่องจากการเรียงตัวของโซ่โมเลกุล (Orientation Stress) ขึ้นน้อย แต่ในกระบวนการฉีดโซ่โมเลกุลของพลาสติกจะเกิดการดึงยืดเนื่องจากการสัมผัสกับผิวแม่พิมพ์ที่เย็น ทำให้เกิดการเรียงตัวของโซ่โมเลกุลภายใต้ความเค้น ฉะนั้นพลาสติกที่ไหลอยู่ในแม่พิมพ์จึงไม่ควรให้เกิดการเรียงตัวของโซ่โมเลกุลมากนัก โดยฉพาะการฉีดพลาสติกเข้าแม่พิมพ์ที่เย็นมาก ๆ เนื่องจากจะเกิดความเค้นจากการเรียงตัวของโซ่โมเลกุล (Orientation Stress) ได้ง่าย เพราะโซ่โมเลกุลจะคลายตัวกลับคืนรูปเดิมได้น้อย ตามรูปที่ 3.14 แสดงให้เห็นถึง การเรียงตัวของโซ่โมเลกุลในขณะที่กำลังไหลอยู่ในแม่พิมพ์ โดยพลาสติกจะเกิดการเรียงตัวของโซ่โมเลกุลได้มากที่สุดที่บริเวณผิวของแม่พิมพ์เนื่องจากมีอุณหภูมิต่ำที่สุดและพลาสติกเกิดการเฉือนมากที่สุดด้วย ส่วนตรงกลางช่องทางการไหลในแม่พิมพ์จะเกิดการเรียงตัวของโซ่โมเลกุลน้อยมาก เนื่องจากตรงกลางช่องทางการไหลในแม่พิมพ์จะมี อุณหภูมิสูงที่สุด เกิดการเฉือนน้อย และโซ่โมเลกุลสามารถคืนตัวได้มาก

รูปที่ 3.13 ลักษณะการเรียงตัวของโซ่โมเลกุลพลาสติกในขณะไหลอยู่ในแม่พิมพ์

หน้า 1 2

	169/47 ถ.พุทธมณฑลสาย 4 ต.กระทุ่มล้ม อ.สามพราน จ.นครปฐม 73220
	086-070-0007
	ananindustry@gmail.com
	https://www.ananindustry.com