24.01.2024
Многокомпонентное литье
Преимущества многокомпонентного литья, в процессе которого соединяются разные материалы или однотипный пластик разного цвета, очевидны: возможность формования составных изделий в одну стадию, без дополнительных последующих операций; получение уникальных изделий с заданными свойствами благодаря сочетанию нескольких материалов, в том числе жестких пластиков и эластомеров или жидких силиконов; гарантия оригинальности дизайна; интеграция нескольких функций за счет комбинации различных цветов и материалов.
Псевдомногокомпонентное литье
Многокомпонентное литье похоже на многослойное литье, но имеет существенные отличия. Например, при многослойном литье впрыск различных материалов осуществляется в одну стадию, в одну форму, и получаемое изделие имеет слоистую структуру. При многокомпонентном литье под давлением впрыск различных материалов осуществляется на различных стадиях в матрицы различной геометрии. В частности, сначала отливается внутренняя часть изделия (вставка), которая затем переносится в другую форму, где на нее отливают второй материал.
Наиболее дешевым вариантом, с точки зрения капиталовложений в оснастку, является так называемое псевдомногокомпонентное литье. Этот метод может применяться даже при небольшой серийности изделий. Суть его в том, что деталь отливается в два или более (в зависимости от количества компонентов) приема. Сначала формуется часть детали, которая имеет один цвет или материал, затем эта часть служит в качестве армирующей подложки при отливке части другого цвета или материала в другой пресс-форме. При этом нет необходимости заказывать дорогостоящую оснастку и использовать ТПА, оборудованный двумя и более материальными цилиндрами. Этим нехитрым приемом пользовались, например, еще в доперестроечные времена на заводе «Гидромаш» (Нижний Новгород), где выпускались блестящие пластмассовые головки автосифонов из сополимера стирола черного цвета с использованием закладной детали из АБС-пластика белого цвета. Последняя изолировала проходящую через головку газированную воду от соприкосновения с черной пластмассой, которая не получила допуск органов санэпиднадзора для контакта с пищевыми продуктами.
Конфигурация ТПА
Задачей же многокомпонентного литья в чистом виде является автоматическое производство изделий из более чем одного полимерного компонента в рамках одного рабочего цикла. В данном процессе каждый цвет или компонент четко разграничен друг от друга; последующий компонент впрыскивается поверх предыдущего, как это имеет место, например, в случае изготовления автомобильной оптики или рамочных компонентов с интегрированными элементами индикации.
Соединение материалов может быть механическим, термическим или химическим. Осуществление способа многокомпонентного литья производится с помощью литьевых машин с двумя или более материальными цилиндрами для пластикации, скомпонованными различными способами на одном ТПА и с использованием пресс-форм различной конструкции (с перемещающимися частями, подвижными знаками, поворотными устройствами). Зачастую для перемещения полуфабрикатов деталей внутри пресс-формы используют робототехнологические комплексы.
ТПА для 2-компонентного литья помимо основного узла впрыска, расположенного горизонтально и осуществляющего впрыск через неподвижную плиту, предусматривает еще один узел впрыска. Как правило, последний монтируется вертикально над узлом смыкания для впрыска в линию разъема пресс-формы. Вертикальный узел впрыска обычно крепится непосредственно на колоннах ТПА посредством специального блока. На больших машинах для этой цели используется специальный регулируемый направляющий рельс, что упрощает процедуру съема узла впрыска при смене пресс-формы.
Для некоторых задач также применяется горизонтальное расположение второго узла впрыска, установленного перпендикулярно главному.
В случае 3-компонентного литья первый, или главный, узел располагается горизонтально и впрыскивает расплав через неподвижную плиту, второй узел впрыска монтируется вертикально, подобно рассмотренному выше случаю с 2-компонентным литьем и впрыскивает расплав в линию разъема формы, третий фиксируется горизонтально, под прямым углом к главному узлу пластикации. В машине, предназначенной для 4-компонентного литья, добавляется еще один узел пластикации, располагаемый параллельно главному, который также впрыскивает расплав в пресс-форму через неподвижную плиту.
С увеличением числа компонентов значительно увеличивается сложность конструкции пресс-формы.
Адгезия материалов
Для переработки методами многокомпонентного литья подходят практически все термопластичные материалы: ПЭ, ПП, ПС и его сополимеры, ПВХ, ПА, ПК, ПОМ, ПЭТ, ПБТ, ПФС (полифенилсульфид), полифениленоксид и жидкокристаллические полимеры с любыми наполнителями.
Однако, если в случае многоцветного литья из однотипных пластмасс комбинация цветов является чисто дизайнерской проблемой, то при формовании изделий из разных типов пластмасс необходимо учитывать как назначение каждого из компонентов, так и реологические свойства их расплавов, адгезию друг к другу, одинаковую или близкую по значению усадку во избежание появления значительных внутренних напряжений или размерной нестабильности. Например, хорошей адгезией отличаются такие комбинации материалов, как сополимеры стирола (АБС, САН, сополимер стирола с метилметакри- латом и акрилонитрилом, акрилонитрилстиролакрилат) с ПК, ПБТ И ПЭТ, ПММА и ТПЭ-S; полиамиды (ПА-6, ПА-66) с ПБТ и ТПЭ на основе полиуретана (ТПЭ-ПУ); ПЭ и ПП с этиленвинилацетатом; ПС с модифицированными полифениленоксидами; ПВХ с ТПЭ-U, ПММА.
Комбинацией же несовместимых материалов или неадгезивных пластиков можно получать изделия с относительной подвижностью их элементов.
В настоящее время разработан способ надежного соединения в многокомпонентном изделии даже несоединимых материалов. Активация поверхности путем обработки плазмой Openair® обеспечивает сцепление ранее несовместимых материалов при двухкомпонентном литье под давлением и двухкомпонентной экструзии. Преимущественно при этом речь идет о соединении твердых и мягких материалов, например, силикона или термопластичных полиуретанов (ТПУ) с жестким дешевым ПП. Этот процесс был разработан в Германии Институтом новых материалов в Фюрте (NMF) и фирмой Elastogran (BASF) в тесном сотрудничестве с компанией KraussMaffei. Плазменная система обеспечивает поточную предварительную обработку в процессе 2-компонентного литья. После впрыска первого компонента пресс-форма открывается, и плазменное сопло проводится над теми участками, где требуется соединение со вторым компонентом. За счет этого достигается точная и очень эффективная обработка для сцепления с материалом второго компонента.
Способы многокомпонентного литья
При изготовлении двухкомпонентного изделия с применением поворотной пресс-формы сначала с помощью впрыска одного узла пластикации отливается заготовка одного цвета. Одновременно данному процессу второй узел впрыска заливает другим цветом заготовку, полученную во время предыдущего цикла. При размыкании пресс-формы литники обеих отливок выталкиваются вместе с готовым двухкомпонентным изделием. Первая заготовка при этом остается на оправке. После этого осуществляется поворот плиты вращения на 180 градусов. Первая заготовка теперь находится в позиции ее заливки другим цветом; освободившаяся ячейка заготовки готова к впрыску первого компонента. После впрыска обоих компонентов происходит раскрытие пресс-формы и поворот плиты на 180 градусов — процедура циклично повторяется.
Поворотный механизм может быть как частью пресс-формы, так и поворотным устройством (вращающийся стол), установленным на ТПА. Устройства в зависимости от исполнения могут быть с чередующимся поворотом на 90 градусов (для 4-компонентного литья), 120 градусов (для 3-компонентного литья), 180 градусов (для 2-компонентного литья) или с непрерывным вращением. В конструкции пресс-формы может быть предусмотрено приведение в движение также и внутренних плит.
Метод с переносом изделий роботом основан на передаче с помощью робота-манипулятора предварительно отлитого полуфабриката в другое гнездо этой же пресс-формы или в другую оснастку. Во втором случае применяются два ТПА для однокомпонентного литья. При этом методе важно обеспечить строгое соответствие размеров и конфигурации полуфабриката и второго гнезда пресс-формы.
Существует технология литья 2-компонентных деталей, при которой получение двухкомпонентных изделий обеспечивается с помощью подвижного знака. Метод предусматривает двухэтапную заливку гнезда пресс-формы. После отвердевания части изделия, залитой первой, полость для материала другого цвета образуется на второй стадии литья при выводе из отливки подвижного знака, ранее перекрывавшего доступ расплава к этому месту. Однако таким способом можно получить детали не любой формы.
Фирмами Ferromatik Milacron и Foboha совместно разработана технология получения двухкомпонентных деталей с помощью двухэтажной пресс-формы с поворотным блоком, расположенным между подвижной и неподвижной частями пресс-формы. Блок имеет возможность перемещаться вдоль направляющих колонн литьевой машины и поворачиваться на 180 градусов вокруг вертикальной оси. Две рабочие плоскости разъема позволяют увеличить в два раза количество гнезд при незначительном увеличении усилия смыкания или использовать литьевую машину с меньшим усилием смыкания при том же количестве деталей. Этот способ многокомпонентного литья был усложнен еще больше. При каждом цикле поворотный блок стал поворачиваться на 90 градусов, в результате у него стало не две, а четыре поверхности. Операции формования первого и второго компонентов до охлаждения первого компонента и выталкивания готовых деталей теперь стали происходить одновременно, что значительно уменьшило время цикла.
Частным случаем многокомпонентного литья является сборка внутри пресс-формы — один из самых современных и прогрессивных методов изготовления многокомпонентных изделий из пластмасс. Стремление исключить вторичные технологические операции заставляет специалистов в области многократного формования переходить к сборке отдельных компонентов прямо в пресс-форме за счет сопрягающей клепки, сварки и совместного формования как совместимых, так и несовместимых материалов. Суть этого явления заключается в соединении внутри пресс-формы отдельных компонентов, которые в противном случае пришлось бы соединять вне формы.
Сборка внутри формы позволяет осуществлять производство изделий даже с подвижными элементами за счет формования сопряжений из эластичных материалов или применения несовместимых материалов. В этом случае задачей является впрыск одного материала рядом с другим так, чтобы они не прилипали друг к другу.
Технология сборки в пресс-форме с передвигающейся матрицей позволяет формовать две половины полого продукта за один впрыск. Затем гидравлический ползун перемещает одно из гнезд пресс-формы в положение напротив соответствующей сопрягаемой детали. Пресс-форма закрывается, и производится второй впрыск для герметизации границы соединения.
Посмотреть в журнале
Псевдомногокомпонентное литье
Многокомпонентное литье похоже на многослойное литье, но имеет существенные отличия. Например, при многослойном литье впрыск различных материалов осуществляется в одну стадию, в одну форму, и получаемое изделие имеет слоистую структуру. При многокомпонентном литье под давлением впрыск различных материалов осуществляется на различных стадиях в матрицы различной геометрии. В частности, сначала отливается внутренняя часть изделия (вставка), которая затем переносится в другую форму, где на нее отливают второй материал.
Наиболее дешевым вариантом, с точки зрения капиталовложений в оснастку, является так называемое псевдомногокомпонентное литье. Этот метод может применяться даже при небольшой серийности изделий. Суть его в том, что деталь отливается в два или более (в зависимости от количества компонентов) приема. Сначала формуется часть детали, которая имеет один цвет или материал, затем эта часть служит в качестве армирующей подложки при отливке части другого цвета или материала в другой пресс-форме. При этом нет необходимости заказывать дорогостоящую оснастку и использовать ТПА, оборудованный двумя и более материальными цилиндрами. Этим нехитрым приемом пользовались, например, еще в доперестроечные времена на заводе «Гидромаш» (Нижний Новгород), где выпускались блестящие пластмассовые головки автосифонов из сополимера стирола черного цвета с использованием закладной детали из АБС-пластика белого цвета. Последняя изолировала проходящую через головку газированную воду от соприкосновения с черной пластмассой, которая не получила допуск органов санэпиднадзора для контакта с пищевыми продуктами.
Конфигурация ТПА
Задачей же многокомпонентного литья в чистом виде является автоматическое производство изделий из более чем одного полимерного компонента в рамках одного рабочего цикла. В данном процессе каждый цвет или компонент четко разграничен друг от друга; последующий компонент впрыскивается поверх предыдущего, как это имеет место, например, в случае изготовления автомобильной оптики или рамочных компонентов с интегрированными элементами индикации.
Соединение материалов может быть механическим, термическим или химическим. Осуществление способа многокомпонентного литья производится с помощью литьевых машин с двумя или более материальными цилиндрами для пластикации, скомпонованными различными способами на одном ТПА и с использованием пресс-форм различной конструкции (с перемещающимися частями, подвижными знаками, поворотными устройствами). Зачастую для перемещения полуфабрикатов деталей внутри пресс-формы используют робототехнологические комплексы.
ТПА для 2-компонентного литья помимо основного узла впрыска, расположенного горизонтально и осуществляющего впрыск через неподвижную плиту, предусматривает еще один узел впрыска. Как правило, последний монтируется вертикально над узлом смыкания для впрыска в линию разъема пресс-формы. Вертикальный узел впрыска обычно крепится непосредственно на колоннах ТПА посредством специального блока. На больших машинах для этой цели используется специальный регулируемый направляющий рельс, что упрощает процедуру съема узла впрыска при смене пресс-формы.
Для некоторых задач также применяется горизонтальное расположение второго узла впрыска, установленного перпендикулярно главному.
В случае 3-компонентного литья первый, или главный, узел располагается горизонтально и впрыскивает расплав через неподвижную плиту, второй узел впрыска монтируется вертикально, подобно рассмотренному выше случаю с 2-компонентным литьем и впрыскивает расплав в линию разъема формы, третий фиксируется горизонтально, под прямым углом к главному узлу пластикации. В машине, предназначенной для 4-компонентного литья, добавляется еще один узел пластикации, располагаемый параллельно главному, который также впрыскивает расплав в пресс-форму через неподвижную плиту.
С увеличением числа компонентов значительно увеличивается сложность конструкции пресс-формы.
Адгезия материалов
Для переработки методами многокомпонентного литья подходят практически все термопластичные материалы: ПЭ, ПП, ПС и его сополимеры, ПВХ, ПА, ПК, ПОМ, ПЭТ, ПБТ, ПФС (полифенилсульфид), полифениленоксид и жидкокристаллические полимеры с любыми наполнителями.
Однако, если в случае многоцветного литья из однотипных пластмасс комбинация цветов является чисто дизайнерской проблемой, то при формовании изделий из разных типов пластмасс необходимо учитывать как назначение каждого из компонентов, так и реологические свойства их расплавов, адгезию друг к другу, одинаковую или близкую по значению усадку во избежание появления значительных внутренних напряжений или размерной нестабильности. Например, хорошей адгезией отличаются такие комбинации материалов, как сополимеры стирола (АБС, САН, сополимер стирола с метилметакри- латом и акрилонитрилом, акрилонитрилстиролакрилат) с ПК, ПБТ И ПЭТ, ПММА и ТПЭ-S; полиамиды (ПА-6, ПА-66) с ПБТ и ТПЭ на основе полиуретана (ТПЭ-ПУ); ПЭ и ПП с этиленвинилацетатом; ПС с модифицированными полифениленоксидами; ПВХ с ТПЭ-U, ПММА.
Комбинацией же несовместимых материалов или неадгезивных пластиков можно получать изделия с относительной подвижностью их элементов.
В настоящее время разработан способ надежного соединения в многокомпонентном изделии даже несоединимых материалов. Активация поверхности путем обработки плазмой Openair® обеспечивает сцепление ранее несовместимых материалов при двухкомпонентном литье под давлением и двухкомпонентной экструзии. Преимущественно при этом речь идет о соединении твердых и мягких материалов, например, силикона или термопластичных полиуретанов (ТПУ) с жестким дешевым ПП. Этот процесс был разработан в Германии Институтом новых материалов в Фюрте (NMF) и фирмой Elastogran (BASF) в тесном сотрудничестве с компанией KraussMaffei. Плазменная система обеспечивает поточную предварительную обработку в процессе 2-компонентного литья. После впрыска первого компонента пресс-форма открывается, и плазменное сопло проводится над теми участками, где требуется соединение со вторым компонентом. За счет этого достигается точная и очень эффективная обработка для сцепления с материалом второго компонента.
Способы многокомпонентного литья
При изготовлении двухкомпонентного изделия с применением поворотной пресс-формы сначала с помощью впрыска одного узла пластикации отливается заготовка одного цвета. Одновременно данному процессу второй узел впрыска заливает другим цветом заготовку, полученную во время предыдущего цикла. При размыкании пресс-формы литники обеих отливок выталкиваются вместе с готовым двухкомпонентным изделием. Первая заготовка при этом остается на оправке. После этого осуществляется поворот плиты вращения на 180 градусов. Первая заготовка теперь находится в позиции ее заливки другим цветом; освободившаяся ячейка заготовки готова к впрыску первого компонента. После впрыска обоих компонентов происходит раскрытие пресс-формы и поворот плиты на 180 градусов — процедура циклично повторяется.
Поворотный механизм может быть как частью пресс-формы, так и поворотным устройством (вращающийся стол), установленным на ТПА. Устройства в зависимости от исполнения могут быть с чередующимся поворотом на 90 градусов (для 4-компонентного литья), 120 градусов (для 3-компонентного литья), 180 градусов (для 2-компонентного литья) или с непрерывным вращением. В конструкции пресс-формы может быть предусмотрено приведение в движение также и внутренних плит.
Метод с переносом изделий роботом основан на передаче с помощью робота-манипулятора предварительно отлитого полуфабриката в другое гнездо этой же пресс-формы или в другую оснастку. Во втором случае применяются два ТПА для однокомпонентного литья. При этом методе важно обеспечить строгое соответствие размеров и конфигурации полуфабриката и второго гнезда пресс-формы.
Существует технология литья 2-компонентных деталей, при которой получение двухкомпонентных изделий обеспечивается с помощью подвижного знака. Метод предусматривает двухэтапную заливку гнезда пресс-формы. После отвердевания части изделия, залитой первой, полость для материала другого цвета образуется на второй стадии литья при выводе из отливки подвижного знака, ранее перекрывавшего доступ расплава к этому месту. Однако таким способом можно получить детали не любой формы.
Фирмами Ferromatik Milacron и Foboha совместно разработана технология получения двухкомпонентных деталей с помощью двухэтажной пресс-формы с поворотным блоком, расположенным между подвижной и неподвижной частями пресс-формы. Блок имеет возможность перемещаться вдоль направляющих колонн литьевой машины и поворачиваться на 180 градусов вокруг вертикальной оси. Две рабочие плоскости разъема позволяют увеличить в два раза количество гнезд при незначительном увеличении усилия смыкания или использовать литьевую машину с меньшим усилием смыкания при том же количестве деталей. Этот способ многокомпонентного литья был усложнен еще больше. При каждом цикле поворотный блок стал поворачиваться на 90 градусов, в результате у него стало не две, а четыре поверхности. Операции формования первого и второго компонентов до охлаждения первого компонента и выталкивания готовых деталей теперь стали происходить одновременно, что значительно уменьшило время цикла.
Частным случаем многокомпонентного литья является сборка внутри пресс-формы — один из самых современных и прогрессивных методов изготовления многокомпонентных изделий из пластмасс. Стремление исключить вторичные технологические операции заставляет специалистов в области многократного формования переходить к сборке отдельных компонентов прямо в пресс-форме за счет сопрягающей клепки, сварки и совместного формования как совместимых, так и несовместимых материалов. Суть этого явления заключается в соединении внутри пресс-формы отдельных компонентов, которые в противном случае пришлось бы соединять вне формы.
Сборка внутри формы позволяет осуществлять производство изделий даже с подвижными элементами за счет формования сопряжений из эластичных материалов или применения несовместимых материалов. В этом случае задачей является впрыск одного материала рядом с другим так, чтобы они не прилипали друг к другу.
Технология сборки в пресс-форме с передвигающейся матрицей позволяет формовать две половины полого продукта за один впрыск. Затем гидравлический ползун перемещает одно из гнезд пресс-формы в положение напротив соответствующей сопрягаемой детали. Пресс-форма закрывается, и производится второй впрыск для герметизации границы соединения.
Посмотреть в журнале