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如何在硬软包覆成型中优化附着力


#nanocomposites #tpe

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 在过去的十年中,柔软的包覆成型已从根本上改变了各种消费产品的外观,感觉和功能。牙刷,剃须刀,电动工具,照相机,厨房用品,手持式电子产品和汽车内部零件等产品中提供了丰富的新颜色,纹理和触觉选项。

推动这一变化的是热塑性弹性体(TPE)材料的范围日益多样化。在包覆成型中,可使用插入或多次注塑工艺将TPE注塑在兼容的基材上方或周围。所得的硬软结构在舒适,防滑和耐磨的手柄,把手和按钮方面非常有效。

对于这些零件的设计者和生产者而言,一个关键的挑战是TPE与基材的粘合性差,这在材料层的剥离,卷曲,磨损或分层中表现出来。最初,这是一个相当简单的问题,因为最常见的方法是将基于烯烃的TPE与兼容的刚性PP基材相结合。

但是,近年来,用于包覆成型的材料范围已显着扩大,以包括更多的TPE类(例如TPU,TPV,SEBS)和更广泛的基材(ABS,PC和尼龙)。尽管用于包覆成型的材料范围更广,为软触设计提供了更多机会,但同时也增加了复杂性的新水平,并在附着力方面提出了新的挑战。

 

补救工具箱

在插入成型过程中,首先将刚性基材成型,然后转移到第二个模具中,在其中将TPE射向插入件周围,以制造出成品零件。该过程使用标准的注塑机和相对简单的低成本工具。嵌件成型最适合于涉及体积较小和劳动力成本较低的制造地点的应用。

多次注射成型需要具有多个料筒的特殊压力机,以允许将多种材料注射到同一模具中。 (此类零件通常使用两次注射成型,但某些零件需要进行三次或四次注射。)好处是减少了总体生产时间,提高了零件质量,并降低了人工要求。该方法在每年250,000个零件或更多的计划以及人工成本高的地区在经济上可行。

在这两个过程中,TPE和基材之间的粘合强度和耐久性都需要相容的硬质和软质材料。所使用的包覆成型方法的类型也会影响粘合性能:通过将多个熔体前沿结合在一起的多次注塑成型通常可以提供出色的粘合性。粘合性能还受到许多其他因素的影响:

•切断设计:TPE和基材之间过渡区或切断区的设计对于粘附至关重要。设计应避免“feathering,”或逐渐减薄包覆成型的TPE。薄层会导致粘结不充分,并可能导致TPE层在锥形边缘发生卷曲或磨损(见图1A)。

最好的解毒剂是一种可在TPE和基材之间产生急剧过渡的截止设计。理想地,为了获得良好的粘附性,希望均匀的TPE层厚度约为0.04英寸,但这并不总是可行的。

一种解决方案是将“step”在基材轮廓中形成“ TPE”以在TPE和基材之间产生突然过渡(图1B)。替代地,基板可能包括一个凹口,其截止口设计为使TPE与基板齐平(图1C)。两种方法都可减少羽化,中和卷曲并消除可能引发磨损的撕裂点。

在少数情况下(例如,流动路径特别长或易磨损区域的零件),将特征设计到基材中以在用TPE包覆成型后产生机械互锁。

•排气孔设计:在TPE包覆成型过程中,空气滞留在模腔中也不利于粘合,最好通过在工具中充分排气来解决。排气不充分可能表现为在流动点的附着力差,TPE焦烧甚至是短射。典型的排气深度在0.0005至0.001英寸之间。给定零件的正确排气深度部分取决于所涉及的TPE的流动特性。

•基材准备:正确准备和处理插入物对于粘合性能至关重要。插入物越干净,粘结越好。最佳的生产方法是在生产嵌件后立即对其进行包覆成型,因为这样可以最大程度地减少污染物在嵌件表面上聚集的机会。如果不可避免地要存放刀片,则应严格保护它们免受灰尘或污垢的侵害。那些处理插入物的人应该戴手套,因为皮肤油脂会削弱其附着力。另外,最好避免脱模,因为它们会严重损害TPE和基材之间的粘合强度。

在包覆成型之前预热嵌件通常会提高粘合强度。改善的程度取决于插入材料和TPE之间的相容性程度。合适的插入温度取决于基材和TPE,最好通过与材料供应商的讨论来确定。

•TPE熔体温度:TPE熔体温度和粘附强度之间的关系反映在PC基底上包覆成型的65 Shore A TPE的示例中(图2)。当熔体温度从370 F增加到400 F时,粘合强度明显改善。但是进一步增加到430 F实际上会降低粘合强度。在这种情况下,最佳的熔融温度略低于400°F。模塑者必须在所需的粘合强度与升高的熔融温度可能的不利影响(例如热降解和喷射困难)之间取得平衡。

达到最佳TPE熔体温度的最佳方法是逐渐达到该温度,而不必通过提高料筒温度来实现,而是通过提高螺杆rpm或注射速度来达到。确定实际熔体温度的一个问题是它并不总是等于喷嘴温度。明智的方法是使用高温计测量TPE空气弹的熔融温度。

为TPE选择目标熔体温度取决于基材和所需的附着力水平。大多数TPE供应商为其产品提供建议的熔融温度范围。为了获得最大的附着力,请对准供应商的高端’s recommended range.

• “Feel”与厚度的关系:包覆成型零件的触感是多个因素的总和,其中一个就是TPE的固有柔软度(肖氏A硬度计)。零件手感也取决于TPE’摩擦系数,织构和—most notably—wall thickness.

当TPE层的厚度小于0.060英寸时,柔软的弹性体的感觉很容易被下面的基材的硬度所抵消。 TPE层提供的缓冲程度也受基材的影响很大’s inherent hardness.

而且,TPE层的厚度也影响粘合强度。薄的TPE层倾向于在冷腔中迅速释放热量,而温度下降则倾向于降低粘结强度。设计人员面临的挑战是在TPE的硬度和厚度之间取得平衡,以实现所需的缓冲水平。

•预干燥:某些TPE类型—包括TPU,TPV和共聚酯—倾向于吸湿,或容易吸潮。如果在成型之前未适当干燥,吸收的水分会变成蒸汽,并损害两种材料的界面处的附着力。水分还会水解某些树脂,损害表面性能,并增加喷射难度。成型时的水分通常不应超过0.05体积%。常见的做法是在干燥机中用–40 F dewpoint.

•浓缩液载体的兼容性:用含有色母料的TPE进行包覆成型可能很棘手,其中之一是着色剂载体和TPE之间的冲突。 TPE的主力载体长期以来一直是PP,但是当将某些TPE系列与尼龙,PC / ABS和其他工程基材粘合时,该载体的性能通常很差。

包含色母粉并包覆成型在PC / ABS基材上的55 Shore A TPE的粘合数据可以说明这一点(图3)。在这种情况下,PP浓缩物载体表现出对附着力的不利影响,这显然是由于载体和TPE之间的冲突。相反,数据表明,使用这种特殊的TPE,EVA和TPU载体可提供出色的附着力。

•浇口设计:在使用过程中容易磨损且因此易于分层的零件中,应将浇口放置在磨损最大的区域。那’之所以如此,是因为TPE在浇口而非流动结束时较热(因此通常粘附性更好)。如果将外观放在首位,例如在化妆品包装中,则最好通过插针从基材背面进行门控,因为这样可以掩盖TPE上的浇口斑点。

为了确保TPE熔体充分填充模具型腔,关键考虑因素是流动长度与零件厚度之间的比率。最小比例应为150:1左右。另一种行之有效的方法是将浇口放置在零件的最厚区域,并保持流动长度尽可能短。

选择选通方法时,建议以“steel-safe”大门的设计,最初要在较小的一侧进行尺寸调整,然后根据需要对其进行放大。某些TPE(例如SEBS)需要较小的浇口来提高剪切力并确保完全填充模具。其他TPE(TPV和TPU)通常需要比正常更大的浇口,以补偿其高熔体粘度。

 

有关工具的更多提示

粘附力不是包覆成型中的唯一重要考虑因素,因此以下是有关工具设计方面的一些建议,这些建议将优化其他性能领域:

•表面纹理:有时,设计师往往会通过抛光模具以增加光滑的外观来强调TPE的纹理和抓地力。然而,光滑的表面有时有时会凸显出诸如编织线和零件瑕疵的缺陷。相反,零件表面的纹理化通常可以有效地隐藏缺陷并赋予表面“grippy”或皮革般的感觉。某些纹理具有比TPE所预期的硬或软的效果’肖氏硬度计。目的是平衡TPE的表面质地和硬度值,以获得所需的产品感觉。

•顶出效率:通过设计0.5可以促进零件顶出° to 1°脱模到模具的每一侧。使用更多的TPU等抗喷射材料,° to 6°有时需要草稿。对工具表面进行纹理化处理通常会改善弹出效果,而更抛光的表面则会削弱弹出效果。

 

解决尼龙附着力

在一些高增长的包覆成型市场中,尼龙基材料是一种越来越受欢迎的基材—电动和手动工具,器具以及草坪/园艺产品的手柄和把手。不利的一面是尼龙通常难以以良好的粘合力进行包覆成型。 TPE与未改性和玻璃纤维填充的尼龙粘合得相对较好,但是与添加了高添加剂配方的版本连接时,TPE的性能不足。

另一个问题是可用的尼龙种类繁多,这些尼龙因树脂类别(例如尼龙6、66和12),增强材料类型和负载以及所用的添加剂而异。在第一代TPE的情况下,测试数据表明,当它与抗冲改性和热稳定的尼龙6粘合时,粘合强度会急剧下降(图4)。但是正在取得进展:数据表明,即使使用热稳定的产品,具有相同TPE等级的第二代改进的粘合等级也可以显着提高粘合性能。

其他注意事项也使尼龙粘合更加困难。其中之一是它们容易吸收水分,因此必须谨慎干燥。而且尼龙的熔融温度高于大多数其他基材,因此必须相应提高TPE熔融温度以确保良好的粘合。通常也建议对尼龙插件进行预热。

另外,需要仔细选择色母料载体以确保TPE对尼龙的良好粘合性。通常,LDPE和EVA是带有尼龙基材的优选载体。

 

 

 

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