Gaz enjeksiyon sistemleri
1980’li yılların başında İngiltere’nin Tamworth kentinde enjeksiyon işleri ile uğraşan küçük bir firma plastik proses teknolojinde gelecek yıllar içinde devrim yaratacak bir teknoloji üzerinde çalışmaları başlatmıştı. Bu proses teknolojisi, kalıp içine plastiğin enjekte edilmesi sırasında kontrollü biçimde azot gazını da enjekte ederek gazın yüksek hareket avantajlarını kullanarak kanallar oluşturup, daha az malzeme ile kalıbın doldurulmasını sağlamak ve daha güçlü plastik yapının kalıp içinde oluşmasına imkan vermiştir. Bu teknolojiye “Control Internal Pressure Moulding” kelimelerinin kısaltması olan CINPRES adını vermişlerdi. Sonradan ticari firma adı olarak tescillenen bu isim diğer sistem üreticileri tarafında tercih edilmemiş ve günümüzde bilinen adıyla Gaz Enjeksiyon Sistemleri olarak dilimize yerleşmiştir.
1984 yılından itibaren ticarileşen teknoloji uluslararası pazarlarda gelişmiş ve küresel bazda yaygınlaşmıştır. Sonraki yıllarda sektörün ihtiyaçları doğrultusunda sürekli yenilik arayışları ile yeni ürünler hayata geçirmiştir. Özellikle yüksek basınç sistemleri üreten firmalarında teknolojiye dahil olması ile gaz enjeksiyon sistemleri geniş kullanım alanı bulmuştur. Teknolojinin ve yaratıcılığın avantajlarını kullanarak daha az hammadde kullanıp, çok daha kısa çevrim süreleri içinde, mükemmel yüzey görünümüne sahip ürünler üretilmiştir.
Gaz enjeksiyon teknolojisinde 3 ayrı malzeme kullanılmaktadır. Bunlar azot (N2), su ve geçmişi sadece 2 yıl olan karbondioksit (CO2) dir.
Gaz enjeksiyon sistemlerinde uzun yıllar sadece azot gazı kullanılmıştır. Azot gazı yüksek basınca uygun ve atmosferde yoğun bulunan gazdır. Isı alma seviyesi 1,041 kJ/(kg K) dir. Kullanıcının ihtiyacına göre azot tüpleri ya da sıvı azot şeklinde piyasadan satın alınabileceği gibi yüksek miktarda azot gazına ihtiyaç duyan kullanıcılar için azot gaz jeneratörleri mevcuttur. Bu gaz jeneratörleri sayesinde atmosferden ihtiyaç duyulan azot elde edilerek kompresör vasıtası ile basıncı yükseltilerek gaz enjeksiyonda prosesinde kullanılmaktadır.
Su ile enjeksiyon genellikle kompleks boru sistemlerinde tercih edilen yöntemdir. Isı alma seviyesi en yüksek malzeme olan suyun ısı alma seviyesi 4,178 kJ/(kg K) dur. Su ile enjeksiyon prosesinde çevrim süresinin çok kısalmasına rağmen yüksek maliyeti ve kullanıcıların su kullanma konusundaki çekinceleri nedeniyle ülkemizde yaygınlaşmamıştır.
Azot ile gaz enjeksiyonun risksiz ve hızlı uygulama imkanı ile suyun yüksek ısı alma özelliklerini aynı anda kullanmak için uzun yıllar araştırmalar yapılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda bu iki özelliği tek sistem üzerinde birleştirmek için karbondioksit gazı tespit edilmiştir. Atmosferik gaz olan ve insan – çevre sağlığı için sorun teşkil etmeyen karbondioksit gazı sıvı halde yaklaşık 3,0 kJ/(Kg K) ısı alma seviyesi ile yepyeni fırsatlar yaratmaktadır. Sıvı halde 20 bar basınç ile temin edilen karbondioksit gazı kompressör yardımıyla 350 bar’lık basınç altında gaz haline dönüştürülerek gaz enjeksiyon sistemlerinde kullanılmaktadır. Termal test sonuçlarına göre karbondioksit ile gaz enjeksiyon, azot ile gaz enjeksiyona göre %8 ila % 60 arasında çevrim süresi avantajı sağlamaktadır.
Gaz enjeksiyon metotları, uygulama alanları ve avantajları;
Malzeme içine kısa boy gaz enjeksiyon
Kalıp kapanır ve plastik malzeme kalıp gözüne enjekte edilir.
Kısa bir bekleme süresinden sonra gaz eriyik haldeki plastik malzemeye kalıp gözüne ulaşan bir kanal sayesinde iletilerek eriyik plastiğin kalıp içine sıkıştırılmasını sağlar.
Gaz kalıp içindeki plastiğin içe doğru gelmesini engelleyecek biçimde basınç uygulayarak plastiği kalıp iç duvarlarına iterek hem şekil almasını hızlandırır hem de kısa sürede soğumasını sağlar.
Kalıp içine sıkıştırılan plastik, gazın genleşmesi ile tokluk kazanır ve kalıp yüzeyinin şeklini alarak mükemmel yüzey kalitesine ulaşır.
Kalıp açılmadan önce gaz atmosfere geri bırakılır ve kalıp açılarak parça kalıptan alınır.
Uygulamalar
Malzeme İçine Kısa Boy Gaz Enjeksiyon daha çok kalın parçaların enjeksiyonunda uygulanmaktadır. Otomobil ve beyaz eşya kapı kolları ve her türlü kalın parçanın üretilmesinde tercih edilen bir yöntemdir.
Avantajları
Daha az plastik ile istenen şeklin elde edilmesini sağlayarak plastik malzemeden %30’dan fazla tasarruf sağlar.
Daha az plastik ve ince cidarlar sayesinde çevrim süresinde %70’lere kadar ulaşan avantajlar.
Kalıp iç basıncın düşmesi sayesinde kalıbın yıpranmasını önler, ömrünü uzatır.
Malzeme içine tam boy gaz enjeksiyon
Kalıp kapanır ve plastik malzeme kalıp boşluğunu tam dolduracak şekilde enjekte edilir.
Kısa bir bekleme süresinden sonra ilk faz gaz eriyik plastik malzeme içine enjekte edilir.
İkinci faz gaz plastiğin kalıp içinde soğuması tamamlanana kadar tüm yüzey boyunca enjekte edilir, bu sayede plastiğin kalıp iç yüzeyinin tam şeklini alması garanti edilir.
Kalıp açılmadan önce gaz atmosfere geri bırakılır.
Uygulamalar
Malzeme İçine Tam Boy Gaz Enjeksiyon daha çok dizayn edilen parçada kalın ve ince kısımların olması durumunda tercih edilir. Gaz bu uygulamada kalıp içindeki plastiğin eriyik halde en az direnç gösterecek olan kalın kısımlara daha doğru hareket ederek, kalın kısmın içini boşaltır ve bu sayede dizayn edilen parçanın her bölgede aynı mukavemeti göstermesini sağlar.
Avantajları
Gazın basıncı sayesinde plastik kalıbın her bölgesinde eşit oranda dağıtıldığından kalıp iç basıncında değişiklik oluşmaz.
Parça üzerinde çöküntü ve benzer izler oluşmasını engeller.
Kalıp içinde eriyik plastiğin belli bölgede birikmesini engeller.
Kalıp üzerine uygulanan basıncı %70 oranında düşürdüğü için küçük makinelerde çok büyük parçaların basılmasına imkan sağlar.
Enerji ihtiyacını azaltır.
Kalıp iç basıncın düşmesi sayesinde kalıbın yıpranmasını önler, ömrünü uzatır. Parçanın boyutsal kararlığını sağlar.
Gaz gücü ile plastik iletme prosesi
Bu proses yöntemi birden çok gözlü kalıplama için tercih edilir. Eriyik plastiğin kalıp boşluğuna doldurulması sonrasında makine tarafından uygulanan basıncın sabit tutulması ile gaz kalıp içine enjekte edilir, eriyik plastiğin ikinci ve daha fazla sayıdaki kalıp gözlerine aktarılması esasına dayanır.
Avantajları:
Bu uygulamada kalıba akıtılan eriyik plastik miktarı kısa boy metodunda olduğu gibi şart değildir. Ayrıca gaz enjeksiyon zamanlaması da kritik değildir.
Bu proses de enjeksiyon makinesi geri basıncı ve/veya gaz basıncı, eriyik plastiğin kalıp yüzeyinin tam şeklini almasını sağlar.
Diğer uygulamalarda basılı parça yüzeyinde oluşabilen izler bu uygulamada oluşmaz.
İki yönlü gaz kontrolü sayesinde daha az malzeme kullanarak kalıbın doldurulması sağlanır. Çevrim süresi düşürülür.
Cam elyaf dolgulu PA malzemeler de dahil olmak üzere tüm termoplastik malzemeler için bu yöntem kullanılabilir.
Çok gözlü kalıplar için ideal yöntemdir.
Bu yöntemde kalıp içine plastiğin verildiği yollukların yeri önemli değildir. Gazın yapı sayesinde tüm yolluklar üzerinden kalıbın doldurulması sağlanır.
Yüzey gaz enjeksiyon
Yüzey gaz enjeksiyon uygulaması;
Çok ince parçaların üretilebilmesi için plastiğin, gaz ve kalıp yüzeyi arasına sıkıştırılması yöntemi ile yapılır.
Gazın basınç kuvveti kullanılarak, plastik kalıbın iç yüzeyine itilir, bu sayede plastik kalıbın şeklini tam olarak alır.
Avantajları
Yüzey üzerinde izlerin oluşmasını engeller, mükemmel yüzey kalitesi elde edilmesini sağlar.
Kalıp içinde basınçtan kaynaklı oluşan stresi yok eder, kalıp ömrünü uzatır.
Boyutsal stabiliteyi sağlar, düzelmsel parçaların çarpılması sorununu ortadan kaldırır.
Plastik malzeme tüketimini azaltır, plastiğin kalıp içinde birikmesini önler.
Daha az makine basıncı ile parçanın elde edilmesine imkan tanır, bu sayede;
Daha düşük kapama gücüne ihtiyaç duyar, dolayısı ile küçük makine de üretim yapma imkanı sağlar
Kalıp yüzeyinin aşınmasını engeller
enerji tasarrufu sağlar
Kalıp tasarımı açısından kolaylık sağlar, özgür tasarımlar yapmanıza olanak tanır.
Kalın setlerden ince yüzeylere geçiş imkanı sağlar
Çok sayıda kalın ve ince tasarımlı parçalar üretilmesine olanak tanır
Düz ve içi boşaltılmış PP ve PE malzemelerden üretilmiş ürünler elde etmenizi sağlar
Uygulamalar
Elektronik uygulamalarında bir yüzeyi düz, diğer yüzeyi detaylı parçalar
Bilgisayar dış gövdesi
Mobilya ve ofis ekipmanları
Otomobil panelleri
Beyaz eşya ve ev gereçleri ürünlerinde dış yüzey uygulamalarında
Polmak Plastik
Şenol Kaya
