Jak wybrać TPE do formowania wtryskowego: kluczowe czynniki, wybór materiału i uwagi dotyczące przetwarzania

W moim ostatnim wpisie przeszłam przezco tak naprawdę jest TPEjest iDlaczego topi się i zmienia kształt jak plastik?Zamiast kurczyć się jak guma. To pytanie wyjaśnia, czym jest TPE. Nie odpowiada jednak na pytanie, jak wybrać odpowiednią gradację, gdy część musi przejść przez prawdziwą formę, na prawdziwej linii produkcyjnej i w ramach realnego terminu wykonania.

Wybór TPE do formowania wtryskowego zaczyna się od zadania, jakie ma wykonywany detal, a nie od danych technicznych materiału. Dopasuj twardość, przepływ i zachowanie termiczne do konstrukcji formy, cyklu produkcji oraz warunków eksploatacji. Jeśli to dopasowanie będzie właściwe, detale będą produkowane ze stałą jakością, o wysokiej wytrzymałości i gotowe do dalszego etapu obróbki.

Ta jedna idea – dopasowanie materiału do zastosowania – stanowi fundament każdej decyzji, którą przedstawiam poniżej. Zawiera również wyjaśnienie, dlaczego dwa produkty wykonane z „tego samego" gatunku TPE mogą zachowywać się tak różnie już po opuszczeniu formy.

Dlaczego TPE jest preferowanym materiałem do zastosowań w formowaniu wtryskowym?

Sztywna część z tworzywa sztucznego pęka pod wpływem wielokrotnego zginania. Odprowadzona część gumowa wymaga odrębnego procesu utwardzania i nie może być po prostu ponownie szlifowana. Żadna z tych rozwiązań nie nadaje się do każdego projektu na moim stole roboczym.

TPE jest preferowany do formowania wtryskowego, ponieważ pracuje na standardowym sprzęcie do obróbki termoplastów, pomija etap wulkanizacji i umożliwia bezpośrednie łączenie miękkiego TPE z twardym tworzywem sztucznym w jednym cyklu. To skraca czas cyklu, redukuje konieczność dodatkowej montażu oraz pozwala na ponowne wykorzystanie odpadów w procesie, zamiast odrzucać je do kosza.

Większość zakładów produkujących tworzywa sztuczne już posiada sprzęt do formowania wtryskowego. Odpowiednia gatunkowo TPE, która pracuje na tym samym sprzęcie, eliminuje konieczność stosowania oddzielnego prasującego urządzenia do gumy czy pieca do utwardzania.Formowanie dwuściennePozwala ona, aby w jednym cyklu sklejono miękki uchwyt z TPE z sztywnym rączką, zamiast później ręcznie montować dwie części. To jeden z głównych powodów, dla których zespoły zajmujące się wnętrzem samochodowym decydują się na TPE w przypadku uszczelek i uchwytów: mniej komponentów, mniej elementów złącznych, a co za tym idzie – mniej miejsc, w których część może ulec awarii. Istotne jest również przetwarzanie odpadów: wyrzuty i odrzucone detale często mogą wrócić do zasobnika, o ile dopuszczają to gatunek materiału i proces produkcji, co obniża koszt materiału na pojedynczy detal. W Yudahang to zwykle pierwsze pytanie, jakie zadaję klientowi: czy Twój projekt faktycznie wymaga dwóch oddzielnych części, czy TPE pozwoli Ci wytworzyć go jako jedną całość?

Jakie właściwości powinny być brane pod uwagę przy wyborze granulatów TPE do formowania wtryskowego?

Sama twardość prawie nic nie mówi o tym, jak granulat TPE zachowa się po umieszczeniu w formie.

Przy wyborze granulatów TPE należy sprawdzić twardość, wskaźnik przepływu stopionego materiału, wytrzymałość na rozciąganie i rozdarcie, odkształcenie pod ciśnieniem oraz kompatybilność wiązania z podłożem. Każda z tych właściwości odpowiada innemu rodzajowi awarii; pominięcie choć jednej z nich zwykle odbija się później w postaci roszczeń gwarancyjnych, a nie wyników badań laboratoryjnych.

Dzielę te właściwości na trzy kategorie: „dotyk", „przepływ" i „dopasowanie". Pod pojęciem „dotyk" rozumie się twardość i elastyczność, które decydują o tym, jak dany element zachowuje się w dłoni lub pod uszczelką. „Przepływ" obejmuje…tempo przepływu stopionego materiałuoraz lepkość, które decydują o tym, czy granulat wypełni cienką ściankę czy długą przewodniczkę bez niedobiegnięć. Odpowiednie pokrycie zapewnia wiązanie, odporność chemiczną iZmiana objętości po kompresji, które decydują, czy dany komponent nadal działa po wielomiesięcznym użytkowaniu w terenie, a nie tylko „prosto z formy". Oto, jak zwykle przedstawiam tę kwestię klientowi:

Jak proces wtryskowego formowania TPE wpływa na jakość wyrobu?

Dwa zakłady mogą produkować dokładnie tę samą markę TPE i mimo to otrzymać dwa całkowicie różne wyroby.

Proces formowania wtryskowego wpływa na jakość wyrobów z TPE poprzez temperaturę stopienia, prędkość wtrysku, ciśnienie pakujące oraz czas chłodzenia. Jeśli te parametry zostaną nieprawidłowo dobrane, nawet starannie wybrana gatunkowa klasy TPE może ulec odkształceniom, osiadaniom lub pęknięciom w otworze wlotowym.

Zbyt niska temperatura topnienia powoduje niedostateczne plastyczne przetworzenie materiału, co prowadzi do słabej wypełnialności i widocznych linii przepływu na powierzchni. Zbyt wysoka zaś może spowodować degradację materiału, osłabiając wytrzymałość na rozrywanie właśnie tam, gdzie ta właściwość jest najbardziej potrzebna. Szybkość wtrysku wpływa na sposób wypełniania komory przez front topnienia; zbyt duża prędkość może zamknąć powietrze i pozostawić ślady spalenia w pobliżu odpowietrzników. Ciśnienie i czas trwania fazy dociśnięcia regulują zjawisko „sink marków" oraz stabilność wymiarową po ostygnięciu detalu. Czas chłodzenia często jest pierwszą rzeczą, którą zakład przyśpiesza, by skrócić czas cyklu; jednak jeśli detal zostanie wyjęty z formy zbyt wcześnie, może nadal ulec odkształceniom już po opuszczeniu formy. Ja traktuję formę i proces jako integralną część decyzji dotyczącej materiału, a nie jako odrębny etap realizowany później. Nawet doskonała gatunkowo TPE, stosowana w złym procesie, wciąż daje wadliwy detal.

Jakie są najczęstsze problemy związane z wtryskowaniem TPE i jak można je rozwiązać?

Krótkie strumienie, błysk i ślady zatopienia pojawiają się na prawie każdej linii produkcyjnej TPE w pewnym momencie.

PowszechnyWtryskowy proces formowania z TPEProblemy obejmują niedostateczne wypełnienie formy, odblaski, ślady osiadania oraz słabe połączenie w częściach nadmouldowanych. Większość z nich wynika z niespójności przepływu roztopu, nieodpowiedniej temperatury formy lub podłoża, które nigdy nie zostało sprawdzone pod kątem przyczepności.

Krótkie wycięcia zwykle oznaczają, że wskaźnik przepływu stopionego materiału jest zbyt niski w stosunku do grubości ścianki, albo że prędkość i ciśnienie wtrysku zostały ustawione zbyt ostrożnie dla danej geometrii. Zarysowania wskazują na formę, która nie zamyka się wystarczająco szczelnie przy tej temperaturze, uwzględniając lepkość materiału. Wklęśnięcia wynikają z zbyt słabego ciśnienia pakowania lub z tego, że fragment ściany jest zbyt gruby, by chłodzić się równomiernie. Najtrudniejszym problemem są niespodziewane uszkodzenia połączeń w częściach nadwytłaczanych: energia powierzchni podłoża, temperatura formy oraz niewłaściwa rodzina chemii TPE mogą wszystkie doprowadzić do tego, że miękka warstwa odkleja się od twardego podłoża. Podczas własnej diagnozy sprawdzam jednocześnie materiał i proces, zanim obwiniam tylko jeden z nich. Najczęściej rozwiązanie okazuje się mniejsze niż całkowita zmiana materiału. Nastawienie temperatury formy lub niewielkie zwiększenie czasu pakowania rozwiązuje więcej problemów, niż ludzie sobie wyobrażają.

Konkluzja

Wybór odpowiedniegoTPEDla formowania wtryskowego nie istnieje jedna jedyna decyzja. Oznacza to dopasowanie właściwości materiału, konstrukcji formy i parametrów procesu do rzeczywistego zadania detalu – od pierwszego wyrzutu na linii produkcyjnej aż po wieloletnią eksploatację w warunkach użytkowania.

Przypisy

1. Osswald, T. A., i Turng, L.-S. (Red.).Poradnik do formowania wtryskowego, wydanie III. Hanser Publishers, 2008.
2. Drobny, J. G.Podręcznik elastomerów termoplastycznych, wydanie drugie. Elsevier, 2014.
3. Holden, G., Kricheldorf, H. R. i Quirk, R. P. (Red.).Elastomery termoplastyczne, wydanie trzecie. Hanser Publishers, 2004.
4. Bhowmick, A. K., i Stephens, H. L. (Red.).Podręcznik elastomerów, wydanie drugie. CRC Press, 2000.
5. ASTM International.ASTM D395-18: Standardowe metody badań właściwości gumy — Zmiana podczas kompresji.
6. Rosato, D. V., i Rosato, M. G.Poradnik do formowania wtryskowego. Springer, 2000.