|
Сила крепления
Summary:
Предотвращение отслаивания, скручивания или отделения слоев является главной проблемой при формовке. Она стала острее из-за большего разнообразия используемых материалов. Как минимизировать проблемы подобного соединения?
Оптимизация прочности связей при термоформовке
Предотвращение отслаивания, скручивания или отделения слоев является главной проблемой при формовке. Она стала острее из-за большого разнообразия используемых материалов. Следуйте нашим советам, чтобы минимизировать проблемы подобного соединения.
За прошлое десятилетие мягкая формовка радикально изменила внешний вид, качество и функции широкого диапазона изделий для потребителей. Новый цвет, структура и качество стали применимы для зубных щеток, бритв, камер, кухонных изделий, электроники, запчастей.
Причина такого изменения — все более и более разнообразный диапазон материалов термопластического эластомера (ТПЭ). В термоформовке ТПЭ — это вставка, формуемая над или вокруг основания с использованием либо простой вклейки, либо мультизарядного процесса. Структуры, которые получаются в результате, весьма эффективны в удобных, нескользких и стойких к трению ручках, зажимах и кнопках.
Главная проблема для проектировщиков и производителей этих частей — слабая сила крепления ТПЭ к основанию, которое отслаивается, скручивается или отделяется от других слоев. Первоначально, это было довольно острой проблемой, т. к. единственный способ борьбы с этим состоял в том, чтобы комбинировать ТПЭ на основе олефина с совместимым твердым полипропиленовым основанием.
В последние годы, однако, диапазон материалов, используемых в формовочных процессах, значительно расширился, что дало возможность включить большее количество различных ТПЭ (например, TPU, TPV, SEBS) и более широкий диапазон оснований (ABS, полихлоропрен и нейлон).
Набор инструментов
В термоформовке твердое основание формуется первым и перемещается ко второй форме, где вокруг вставки распределяется ТПЭ, чтобы создать законченную часть. В этом процессе используются стандартный термо-
пластавтомат и относительно простые, дешевые инструменты.
Мультизарядная формовка требует специального пресса с множеством стволов, из которых различные материалы поступают в одну и ту же форму. (Наиболее часто используется двухзарядная формовка, но в некоторых случаях требуются три или четыре материала.) Выгоды состоят в сокращении времени производства, лучшем качестве и понижении трудовых затрат.
В обоих процессах прочность и долговечность крепления между ТПЭ и основанием требуют совместимых твердых и мягких материалов. Тип формовочного метода также влияет на прочность: мультизарядная формовка, при которой спаиваются несколько поверхностей, обеспечивает большую прочность. Прочность также зависит от некоторых других факторов:
1. Запорно-отпускная область. Разработка запорно-отпускной области перехода между ТПЭ и основанием наиболее существенно влияет на прочность. Следует избегать утончения формованного ТПЭ. Тонкие слои служат причиной неплотного соединения и могут привести к тому, что слой ТПЭ закрутится или сотрется в местах суженных граней. Лучшее средство против этого — такой тип запорно-отпускного механизма, который создает резкий переход между ТПЭ и основанием. В идеале типичная толщина ТПЭ-слоя — приблизительно 0,04 дюйма, но это не всегда выполнимо. В некоторых случаях (например, части с исключительно длинными дорожками потока или высоко износонеустойчивые области) в основание вносятся дополнения, которые создают механическое сцепление после термоформовки с ТПЭ.
2. Входное отверстие. Циркуляция воздуха во время формовки ТПЭ также вредна для прочности, и лучше всего избавиться от нее при помощи механизма отвода воздуха из аппарата. Недостаточный отвод может послужить причиной плохой сцепки. Типичная глубина отверстия — от 0,0005 до 0,001 дюйма. Глубина вентиля для данной части частично зависит от свойств ТПЭ, используемого в данном процессе.
3. Подготовка основания. Надлежащая подготовка и обработка вставок также чрезвычайно важна. Чем чище вставка, тем лучше результат. Оптимальный метод производства состоит в том, чтобы формовать вставки сразу же после того, как они произведены, т. к. это минимизирует возможности загрязнения. При хранении вставок, однако, загрязнение неизбежно, поэтому они должны быть тщательно защищены от попадания пыли или грязи. Те, кто обращается со вставками, должны носить перчатки, т. к. кожный жир может ухудшить качество формовки. Предварительное нагревание вставок часто улучшает силу сцепки. Степень прочности зависит от степени совместимости между материалом вставки и ТПЭ. Соответствующая температура вставки зависит от основания и ТПЭ, и лучше всего определить ее при обсуждении с поставщиками материалов.
4. Температура плавления ТПЭ. Когда температура плавления увеличивается от 370 F до 400 F, сила сцепки не поддается сомнению. Но дальнейшее увеличение температуры до 430 F фактически уменьшает прочность сцепления. В этом случае, оптимальная температура плавления — несколько ниже 400 F. Лучший способ добиться оптимальной температуры плавления ТПЭ —прийти к ней потихоньку, не обязательно увеличивая температуру ствола, а через более высокую скорость вращения в минуту или скорость вливания. Проблема в определении фактической температуры плавления состоит в том, что она не всегда эквивалента температуре на распылительной форсунке. Разумный подход состоит в том, чтобы использовать пирометр для определения температуры плавления ТПЭ. Выбор температуры плавления ТПЭ зависит от основания и требуемого уровня прилипания. Большинство поставщиков ТПЭ обеспечивают рекомендованный диапазон температуры плавления для своих изделий.
5. «Чувствуйте» толщину: при проверке на ощупь формованной части играет роль совокупность нескольких факторов, один из которых — мягкость ТПЭ. Частично это зависит и от коэффициента трения, структуры ТПЭ и его толщины. Там, где толщина слоя ТПЭ меньше 0,060 дюйма, мягкость эластомера может быть легко сведена на нет твердостью основания. На степень амортизации, которую обеспечивает слой ТПЭ, очень влияет твердость основания.
Кроме того, толщина слоя ТПЭ также влияет на силу прилипания. Тонкие слои ТПЭ имеют тенденцию быстро охлаждаться, а понижение температуры провоцирует слабость соединения. Целью проектировщика должно стать установление баланса между дюрометром и толщиной ТПЭ.
6. Предварительная сушка. Некоторые ТПЭ (TPU, TPV и сополиэстеры) имеют тенденцию к гигроскопичности, т. е. склонности впитывать влагу. Если они не высушиваются как следует до процесса термоформовки, поглощенная влажность может повредить спайке поверхностей этих материалов. Влажность также может гидролизировать некоторые смолы, ухудшать поверхностные свойства и увеличивать трудность выброса. Влажность во время термоформовки вообще не должна превышать 0,05 %.
7. Совместимость носителей. Термоформовка ТПЭ, содержащая цветные концентраты, может быть непредсказуемой, т. к. существует опасность конфликта между красконосителем и ТПЭ. Рабочими носителями ТПЭ долго служили полипропилены, но такой носитель непригоден для некоторых видов ТПЭ и основания.
8. Отверстие в форме. В частях, на которых концентрируется нагрузка при использовании, а следовательно, которые склонны к расслаиванию, отверстие должно быть помещено в области, на которую придется особая нагрузка. Дело в том, что ТПЭ имеют более высокую температуру в отверстии, а не в конце потока. Когда упаковывается, например, косметика, выпускание ТПЭ из задней части основания через шейку предпочтительнее, т. к. это скрывает дефекты отверстия на ТПЭ. В отборе метода вливания желательно начать с «безопасного» проекта отверстия и первоначально установить маленькие размеры, увеличивая их по мере возникновения необходимости.
Еще несколько советов
Прочность сцепки — не единственная проблема, возникающая в процессе термоформовки, так что далее последуют некоторые советы, которые помогут оптимизировать другие области работы:
1. Структура поверхности. Проектировщики иногда подчеркивают структуру и свойства ТПЭ, полируя термоформу, чтобы добиться гладкой поверхности. Все же полировка иногда фактически выдвигает на первый план линии стыка и дефекты. И наоборот, текстурирование поверхностей часто бывает самым эффективным способом скрыть недостатки и складки, а то и шершавость. Цель состоит в том, чтобы сбалансировать поверхностную структуру и данные дюрометра по ТПЭ, получив таким образом нужный поверхностный эффект изделия.
2. Эффективность впрыскивания. С большим количеством стойких к впрыскиванию материалов подобно TPU, иногда требуется натяжение от 5° до 6°. Текстурированная поверхность часто улучшает впрыскивание, тогда как полированная поверхность имеет тенденцию мешать этому.
Прочность нейлоновых связей
Материалы на основе нейлона становится все более и более популярным основанием. Отрицательная сторона этого — то, что нейлоны часто очень трудно поддаются термоформовке. ТПЭ хорошо сочетаются с чистыми и стеклонаполненными нейлонами, но отвратительно сочетаются с теми, которые имеют более сложную структуру или содержат определенные добавки.
Другая проблема — огромное количество видов нейлонов, которые отличаются классом смолы (например, нейлон 6, 66 и 12), прочностью и добавками. Но продвижение в этой области существует. Данные показывают, что хотя первое поколение ТПЭ плохо связывалось с нейлонами, второе поколение ТПЭ связывается с ними гораздо прочнее, даже с теми нейлонами, которые обладают особой термостойкостью.
Кроме того, необходим тщательный выбор носителей цветных концентратов, чтобы гарантировать хорошую связь ТПЭ с нейлоном.
По материалам plasticstechnology.com
Перевела Елена Бекназарова
2004 #4
|
