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优化包覆成型中的粘接

时间: 2011-06-26 21:17 来源: 作者: 点击:
在过去的20年里,软触感的包覆成型在外观、触感和产品应用范围等方面都发生了巨大的变化。丰富的颜色、质地和触感使之广泛应用于牙刷、剃须刀、电动工具、照相机、厨具、手持式电子产品和汽车内饰件上。

驱动这种变化的动力是日益多样化的热塑性弹性体。在包覆成型中,TPE包覆在结构件周围,这种硬软结构在触感、防滑以及防磨损的手柄、把手或者按钮上具有很大的优势。

对于设计者和生产者来说,包覆成型最大的问题是TPE与结构件之间的粘接,如果粘接不好,在两种材料的接合处会出现剥离、收缩、脱落或者分层现象。最初人们采用一种简单的方法解决这个问题,即使用烯烃基TPE和与之相容性较好的刚性PP进行包覆成型。

在最近这些年,包覆成型所使用的材料日益多样化,TPE包括TPU、TPV、SEB等不同种类,结构件使用ABS、PC以及尼龙等,材料的多样化使包覆成型的设计花样翻新,但是由此带来的不相容材料之间的粘合问题也成了包覆成型工艺一个新的挑战,这也使包覆成型更加复杂。

TPE的加工工艺特点

在嵌件成型中,硬质的结构件首先成型,之后再进行二次成型。在二次成型时,TPE被注射到已经成型完成的结构件上,这一工艺过程采用标准的注射机和相对简单的低成本。嵌件成型适合于生产相对产量较小的制品,同时生产地劳动力成本较低使嵌件成型具有一定优势。

多组分注射成型要求使用带有多个料筒的专门的注射机以将几种材料注射到同一模具中,多数情况下为双组分注射成型。多组分成型的优势是降低制品生产时间、提高产品质量、降低劳动力的数量,该方法的年产量达到250000个甚至更多,适合于劳动力成本较高的地区。

在所有的加工工艺中,强度和耐久性是衡量TPE与结构件之间粘接的重要参数。包覆成型的方法通常会影响粘接的性能,同样粘接的性能也会受一些外部因素的影响。

在制品设计过程中,TPE与结构件之间的面积是粘接的关键。在制品设计中,TPE与结构件的接触面积不应该过小,也要避免TPE逐渐变薄的设计,因为TPE薄层容易引起粘接不充分,从而导致TPE层脱落。理想的情况是TPE层的厚度均为0.04in.左右。

为解决TPE卷边的问题,可以在TPE与结构件之间设计一个截止槽。另外,结构件可能有凹槽,TPE的截止处可以设在凹槽上。采用这些设计均可以减小TPE卷边或者剥离的可能。

在一些极端的例子中,例如融体的流动路径很长或者制品受磨损的面积很大,可以将TPE注射到结构件的内部行程互锁结构中。

在进行包覆成型时,型腔内的空气对界面间的粘合性能具有很大的影响,其解决的方法就是在模具设计中充分地排气。如果排气不良就会发生TPE粘接不良的现象,甚至会出现缺料的现象。一般排气口深度在0.0005~0.001in.之间。

嵌件的合理预处理也是提高粘接性能的关键。例如清洁嵌件有助于提高粘接性能。最优化的生产方法是在嵌件生产出来以后直接进行包覆成型,这样可以最大限度地减少嵌件被污染的可能性。如果做不到这一点,那么嵌件应该被小心存放在无灰尘的地方。处理嵌件时必须带上手套以避免手上的油脂污染嵌件。另外要尽量避免使用脱模剂。

在包覆成型之前对嵌件进行预热有助于提高粘接强度,因为预热过程能够改善嵌件材料与TPE的相容性。至于嵌件的合理温度需要与物料供应商进行讨论确定。

本文将一种邵式硬度A 65的TPE与PC结构件进行包覆成型以反映TPE融体温度与粘接强度的关系。当融体温度从188℃升高到205℃时,粘接强度达到明显的改善。不过当融体温度增加到220℃以后粘接强度开始下降。在这个例子中,最佳的融体温度是205℃。加工商必须将融体强度与热降解或注射困难联合起来考虑以选择一个合适的融体温度。

在加工过程中升温需缓慢,不需要增加料筒温度而是应该通过提高螺杆转速和注射速度来实现。在确定融体温度时,不必使注射喷嘴的温度与融体温度保持一致。TPE融体温度的测量必须采用灵敏的温度计进行。

融体温度的确定与结构件和粘接要求有关。大多数TPE供应商会列出与其TPE适当的熔融温度,一般在选择TPE熔融温度时需考虑供应商推荐的参数。

包覆成型制品的触感与TPE的硬度、摩擦系数、质地以及厚度有关。

如果TPE层的厚度低于0.060 in.,那么弹性体所特有的柔软触感就会被硬质的结构件所抵消,TPE的缓冲程度与底部结构件的硬度有关。

此外,TPE层的厚度也影响粘接强度。薄TPE层在冷模腔内放热迅速,温度的下降会导致粘接强度下降。对于设计者来说,制品硬度与TPE厚度之间的平衡是一个设计难题。

一些种类的TPE,如TPU、TPV、共聚酯等具有一定的吸湿性,如果在成型前不预先经过合适的干燥,材料内的水分将蒸发出来破坏两种材料之间的粘接性能。湿气还能使一些种类的树脂水解,破坏材料表面性能,而且使注射变得困难。在注射成型时,湿气应控制在0.05%以内。通常TPE采用露点为–40℃的除湿干燥机干燥。

在TPE的包覆成型中会使用色母粒。如果色母粒的载体树脂与TPE的相容性不好,那么就将会影响到粘接强度。TPE中通常含有PP,但是结构件通常是尼龙、 PC/ABS或其他一些工程塑料。

在使用过程中,制品会受到很大的摩擦,因此会发生分层现象。浇口应该安装在TPE最大的面积处,这是因为TPE在浇口处的温度比在融体流的末端温度更高。当制品的外观需要优先考虑时,如化妆品的包装,浇口应安置在结构件的背后以免得影响制品外观。

为保证TPE融体充分填充到模腔中,融体流的长度和制品厚度的比例是一个很关键的因素,最小的比例应该在150:1左右。另外,还可以将浇口安装在制品最厚处,同时保证融体流长度尽可能短。

在选择浇口设计的方法中,首先应将浇口的尺寸设计的较小,然后再逐渐增大尺寸直至符合要求。有些TPE(如SEB)需要小浇口以提高剪切力从而确保完全充模,而另一些TPE(如TPV和TPU)需要大一点的浇口以应对其高融体粘度。

关于模具设计的要素

设计者有时候试图强调制品的质地和触感,因此对模具进行抛光,然而光滑的模具有时候会产生瑕疵。相反,制品的表面纹理通常会掩饰这些瑕疵并使制品产生一种类似羽毛的触感。一定的表面纹理会对制品表面触感的软硬程度产生一定的影响,设计者的目标就是平衡制品表面纹理和TPE的硬度,使产品达到预期的要求。

制品的拔模斜度应以0.5°~1°为宜,对于一些难于注射的材料,如TPU需要设计5° ~6°的拔模斜度。模具表面的纹理通常能够改善注射情况。

尼龙的粘接性能

尼龙在包覆成型的结构件中应用日渐增多,如电动工具的手柄等。但是尼龙与TPE的粘合性能不好,而TPE与添加了玻纤的尼龙粘合性相对好一些,但是需要添加其他的添加剂。

尼龙有很多种类,如尼龙11、尼龙66、尼龙12、增强型尼龙等。在TPE与抗冲击改性尼龙与热稳定性尼龙6进行包覆成型时,粘接强度较低。但是经过改进的TPE与尼龙的粘接性会有很大的提高。

另外,尼龙具有吸湿性,因此在加工前需进行干燥。尼龙的熔融温度比较高,所以TPE的熔融温度需相应的提高以确保两种材料界面之间粘接得更好。通常尼龙嵌件需要经过预热。另外,色母粒的载体树脂也要经过仔细选择,通常,LDPE和EVA与尼龙的相容性较好。

包覆成型的10要素:

● TPE与结构件的相容性需匹配
● 在设计中需尽量避免尖锐的转角
● 通过合适的排气以避免模具型腔内留有气体
● 使TPE的厚度与预期的触感达到平衡
● 保持TPE融体的温度以优化粘接
● 干燥湿敏材料
● 选择的色母粒其载体树脂与TPE和结构件材料都相容
● 对于光滑的表面要特别处理
● TPE的流动长度/制品厚度比低于150:1
● 采用好的黏合剂(end)

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