قولبة القوالب الفوقية من البولي إثيلين متعدد الألومنيوم

حان الوقت الآن لبدء القولبة المفرطة لللدائن البلاستيكية الحرارية (TPEs). لطالما استُخدمت اللدائن البلاستيكية الحرارية تقليديًا لتحل محل المطاط، ولكن اتجاهات السوق الاستهلاكية الجديدة جعلت من فكرة القوالب المفرطة حقيقة في عالم الأعمال. يتزايد الطلب والاتجاهات في السوق الاستهلاكية من أجل الحصول على ملمس وملمس مريح أفضل، وقابلية الإمساك والمظهر والحماية من الصدمات وفصل الاهتزازات والعزل. يضع مصممو المنتجات الاستهلاكية المعايير التي يجب على صانعي المواد تلبيتها من خلال ابتكار حلول ذات مظهر وملمس جيدين وتعمل بشكل جيد في تطبيقات الاستخدام النهائي الصعبة.

يتحدث هذا المقال عن تكنولوجيا القوالب المفرطة للبولي إيثيلين متعدد الألياف بشكل عام وكمجموعة من المواد التي يمكن استخدامها لصنع حلول مصممة لهذا الاتجاه الدائم الخضرة. فيما يتعلق بالركائز الصلبة، فإن البولي بروبيلين (PP) والبولي إيثيلين (PE) والبوليسترين (PS) والبوليسترين عالي التأثير (HIPS) وأكسيد البولي فينيلين (PPO) والبولي إيثيلين تيريفثاليت المعدل بالجليكول والبولي إيثيلين المعدل بالجليكول والبولي إيثيلين تيريفثاليت (PETG) وأكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS) واللدائن القطبية شبه البلورية مثل البوليستر (PET، PBT) والبولي أميد (نايلون 6، نايلون 66) هي بعض الأمثلة. وقد أتاحت التقنيات الجديدة لخلط المواد وتركيبها إمكانية صنع سلع يمكن تشكيلها على هذه الركائز المختلفة.

بالنسبة لـ TPE المقولب على الأسطح الصلبة، هناك الكثير من الأمور المهمة للغاية. أول وأهم شيء هو اختيار نوع TPE الذي يعمل مع القاعدة الصلبة. ومن الأمور المهمة أيضًا عملية التشكيل الزائد (مثل التشكيل بالإدخال أو التشكيل 2K)، ونوع الماكينة، وظروف العملية، وكيفية تحضير المادة، وتصميم الجزء وتصميم القالب. إن تقنيات المواد الفريدة، والتصميمات الجديدة للأجزاء والأدوات، والتحسينات في تقنيات التشكيل الزائد ستبقي عقول المصممين نشطة حتى يتمكنوا من تلبية احتياجات المستهلكين المتزايدة باستمرار من أجل الراحة والمظهر الجيد والقيمة المضافة.

تقنية القوالب المتراكبة من البولي إثيلين متعدد الألياف

صب القوالب المفرغة من مادة TPE يستخدم القولبة بالحقن لوضع مادة (القالب الزائد) فوق مادة أخرى (الركيزة). يجب أن تلتصق المادة المصبوبة فوق القالب بالركيزة بطريقة تدوم في إعداد الاستخدام النهائي وتعمل بشكل جيد. يتخلص القولبة الزائدة من الحاجة إلى مواد لاصقة ومواد أولية لربط البولي إيثيلين تيرفثالاتينيل TPE بالمواد الصلبة. تمنح تقنية القوالب المفرطة المصممين مزيدًا من الحرية، وتقلل من تكلفة الإنتاج، وتسهل من عملية التصنيع. إن القولبة متعددة المواد والقولبة بالإدخال هما الطريقتان الرئيسيتان للقيام بالقولبة الزائدة.

ويُعرف القولبة بالحقن بأكثر من مادة واحدة أيضًا باسم القولبة بالحقن متعدد الألوان أو الحقن ثنائي الطلقات. يوضح الشكل 1 نوع الأدوات المستخدمة. تحتوي على وحدتي حقن أو أكثر. يمكن إعداد أذرع ماكينة الحقن بحيث تكون متوازية مع بعضها البعض أو بزاوية قائمة مع بعضها البعض. هناك مجموعتان من الثقوب في القالب. تقوم إحدى المجموعتين بتشكيل المادة الأساسية، بينما تقوم المجموعة الأخرى بتشكيل مادة التغطية.

هناك خطوتان لعملية التشكيل ثنائي الطلقات. الخطوة الأولى هي أن يملأ البرميل الأول مجموعة الثقوب في الركيزة. بمجرد أن تصبح الركيزة باردة، يتم فتح القالب ويدور الجانب الذي يمكن تحريكه 180 درجة دون خروج الركيزة من القالب. بعد ذلك، يتم إغلاق القالب، ويتم حقن مادة القالب الزائد في البرميل الثاني. يتم ملء النصف الثاني من القالب في الجانب الذي يبقى ثابتًا. إذا كانت هناك حاجة إلى تشكيل مادة القالب الزائد على جانبي الجزء، فقد يقوم القالب بتحريك الأجزاء بين مجموعتين من الثقوب بدلاً من الدوران.

ماكينات الصوانى الدوارة مقابل ماكينات القوالب الدوارة: يتم أحيانًا تركيب صفيحة دوارة على الجزء الثاني من المكبس في الماكينة لجعلها تدور. عندما يتم استخدام الصفيحة الدوارة أربع مرات منفصلة، عادةً ما يتم استخدام أنصاف القوالب المثبتة عليها. هناك أوقات يكون فيها الدوران مدمجًا في الأداة نفسها، ولا يوجد سوى نصفي قالب فقط ولكن أربع مجموعات من ثقوب القوالب.

متحرك: تحتوي الأداة في العملية الأساسية على جزء متحرك يتم تشغيله بواسطة المكونات الهيدروليكية أو الهواء. وبمجرد حقن الركيزة الأولى وإعطائها الوقت لتبرد، يتم سحب جزء القالب للخلف، مما يتيح مساحة لمادة TPE فوق القالب. ثم يتم إدخال مادة TPE، في معظم الأحيان من جانب الثقب الذي يكون مرئيًا عند سحب القالب إلى الخلف. تتميز هذه الطريقة بأزمنة دورة أسرع، ومزيد من التجويف، وأداء أفضل للماكينة. المشكلة الوحيدة هي أنه يمكن استخدام سمك ثابت فقط من مادة TPE.

صب القوالب الداخلية - صب القوالب الداخلية

القوالب الإدخالية هي أحد أنواع القوالب الزائدة، أثناء عملية القولبة الإدخالية، يتم وضع ركيزة بلاستيكية صلبة أو جزء معدني تم قولبته بالفعل في الفتحة بواسطة روبوت أو شخص (الشكل 2). يتم وضع المادة الثانية، التي تسمى "القالب الزائد"، على جانب واحد من الإدخال أو حول الشيء بأكمله في أحيان أخرى. بالنسبة لقولبة الإدخال، يتم استخدام أدوات القولبة بالحقن القياسية.

تدوير أم تحريك؟ قولبة الطاولة: يتم استخدام وحدة حقن أفقية أو روبوت لتشكيل الركيزة أو وضع حشوة في التجويف الثاني في الموضع الأول. تتحرك الطاولة أو تدور إلى المحطة التالية، حيث يتم استخدام وحدة حقن أفقية أو رأسية أخرى لوضع البولي إيثيلين تيريفثاليتامين (TPE). يمكنك استخدام ذرب ساخن أو وضع العداء في خط التقسيم. تقوم دورة ثالثة لطاولة الوحدة الدوارة بإرسالها إلى محطة "تفريغ"، حيث يتم إخراج الجزء النهائي المكون من جزأين.

عملية التشكيل الزائد لـ TPE

تعتمد أي من العمليات وتصميمات القوالب الممكنة التي يجب استخدامها على المواد المختارة، وتكلفة العمالة، والأدوات والماكينات المتاحة، واقتصاديات صنع الكثير منها. إذا لم يكن القالب من البلاستيك الحراري، فيجب استخدام صب القوالب بالحرارة. إذا كنت تحتاج فقط إلى كمية صغيرة من الركيزة البلاستيكية أو المعدنية، وكانت تكلفة العمالة المحلية منخفضة، وتحتاج إلى الحفاظ على تكلفة الأدوات منخفضة، فيجب عليك وضعها يدويًا. بالنسبة للكميات الأكبر من العمل، يمكن استخدام الأدوات المكوكية. يمكن استخدام الإدخالات الموضوعة آليًا وأدوات الطاولة الدوارة عندما تبرر كمية العمل المطلوب إنجازه التكلفة. إذا كنت بحاجة إلى صنع الكثير من الأجزاء أو إذا كانت تكلفة العمالة مرتفعة في المكان الذي تعيش فيه، فإن ماكينات التشكيل ثنائية المواد هي الأفضل للركائز البلاستيكية. للحصول على أعلى أرقام الإنتاج وأجمل الأجزاء من حيث المظهر، فإن أنظمة العداء الساخن المزودة ببوابات الصمامات هي الأفضل.

اعتبارات تصميم القوالب المتراكبة

هناك الكثير من الأجزاء المختلفة لتصميم القوالب المتراكبة، وتتحدث هذه الورقة عن بعض الأمور العامة التي يجب وضعها في الاعتبار.

عندما يتعلق الأمر بالمواد، فإن بوليمرات TPE القابلة للترابط لها قواعد أكثر صرامة من بوليمرات TPE العادية. وينطبق الأمر نفسه على صناعة الأجزاء. عند تصميم الأجزاء المكونة من جزأين، عليك التفكير في كيفية انكماش المادتين المرنتين المختلفتين، وهو ما يختلف عن تصميم الأجزاء المكونة من جزء واحد. كلاهما له بوابته الخاصة به وأنظمة العداء التي يجب تخصيصها بناءً على ميزات المادة المستخدمة.

للحصول على أفضل زمن دورة، يجب أن تكون الجدران الرقيقة للقاعدة والقالب الزائد متساوية قدر الإمكان. وفي معظم حالات القوالب الزائدة، فإن الجدران التي يتراوح سمكها بين 1 مم و3 مم سوف تتصل بشكل جيد. إذا كان الجزء يحتاج إلى مناطق سميكة، فيجب أن تكون محفورًا لمنع الجزء من الانكماش كثيرًا ولتقليل وقت الدورة والوزن. لتجنب مشاكل التدفق مثل الملء الخلفي وحبس الغاز، يجب إجراء تغييرات في سُمك الجدار ببطء. يمكن أن تساعد إضافة دوائر (0.5 مم على الأقل) إلى الزوايا الحادة في تقليل الضغط في تلك المنطقة. يجب تجنب الجيوب الداكنة العميقة أو الأضلاع التي لا يمكن فتحها. يجب أن تكون السحوبات الطويلة ذات غاطس من 3 إلى 5 درجات لمساعدة الكرة على الخروج. يمكن إجراء السحوبات السفلية العميقة باستخدام مركبات القالب الزائد، ولكن فقط إذا تم استخدام قلب متقدم عند فتح القالب، ولا يحتوي الجزء على أي حواف حادة، ويسمح لللدائن بالانحناء عند خروجها من القالب.

عند قولبتها، تتقلص معظم مركبات TPE بمقدار لا بأس به في اتجاه التدفق ولكن ليس كثيرًا عند قولبتها في اتجاه التدفق المتقاطع. قد يتسبب ذلك في انكماش مادة التشكيل الزائد أكثر من الركيزة بمجرد إخراج الجزء من الأداة. يمكن أن يتسبب ذلك بعد ذلك في التواء أو انكماش جزء الركيزة أو انكماشه، بشكل عام في اتجاه تدفق مادة القوالب الزائدة. وينطبق ذلك بشكل خاص على الأجزاء التي تكون فيها الركيزة أرق من القالب الزائد أو حيث يتم استخدام مادة ركيزة منخفضة الصلابة. يمكن إصلاح ذلك جزئيًا باستخدام مواد أساسية ذات معامل أعلى وإضافة أضلاع تقوية إلى الركيزة. كما سيساعد أيضًا استخدام طبقات أرق ودرجة قالب فوقية ذات صلابة أقل. قد يساعد أيضًا تحريك البوابة لتغيير نمط تدفق TPE.

تُستخدم صلابة الشاطئ، وهي مقاومة المادة للانبعاج على صفيحة مصبوبة بسماكة 6.3 مم كحد أدنى (ASTM D2240)، لقياس مواد البولي إيثيلين تيرفثالات (TPE). تبدو المادة ذات الصلابة المنخفضة أكثر نعومة من الخارج، حتى لو كانت بنفس السماكة. ولكن نظرًا لأن التشكيل الزائد عادةً ما يتم فقط على القشرة الرقيقة من مادة TPE، فإن القاعدة الصلبة الموجودة بالأسفل تؤثر على مدى نعومة ملمسها. إذا تم إخضاعها لاختبار الصلابة، ستُظهر القاعدة الأصغر حجمًا أن الصخرة أكثر صلابة حتى لو كان الجلد ناعمًا. إذا كان القالب المطاطي سيكون على جانبي الأجزاء (A و B)، فيجب استخدام قالبين من المواد التي يمكن أن تتحرك بين أقسام القالب، ولصنع طبقة ناعمة على جزء أو الجانب الكامل لجزء بسيط، يجب استخدام قالبين من المواد مع نوى متحركة. يمكن أن يكون معدل الإخراج مرتفعًا جدًا، اعتمادًا على مدى سماكة جدران المطاط الصناعي والركيزة.

كيف تلتصق مادة TPE باللدائن الحرارية الهندسية

هناك العديد من الأشياء التي يمكن أن تغير من مدى التصاق البلاستيك الهندسي الصلب والمطاط اللين معًا. لبناء علاقات محددة بين المواد، من المهم أن تكون طاقات السطح لكليهما متماثلة. كما أن قوة التصاق مادة TPE بالسطح عامل مهم آخر. ولكي تحدث تفاعلات معينة بين البولي إيثيلين تيرفثاليث والركيزة، يجب أن يكونا قريبين جدًا من بعضهما البعض ويجب أن يكون السطح رطبًا. وتحدد الطريقة التي تتفاعل بها مواد البولي إثيلين متعدد الألياف، كما هو موضح في الشكل 3، كيفية تبللها. لا تتمتع مواد التشكيل الزائد بلزوجة عالية جدًا. كما أنها حساسة للقص وتظهر سلوك ترقق القص.

توضح الصورة أدناه أن اللزوجة قريبة من الطرف الأدنى من النطاق عندما يكون معدل التدفق مرتفعًا. وهذا يساعد TPE على تشغيل وملء المناطق ذات الجدران الرقيقة الشائعة في القوالب المفرطة.

تؤثر كيمياء مادة TPE ونوع البلاستيك الصناعي تأثيرًا كبيرًا على مدى جودة ترطيبها. وبالإضافة إلى صفات الالتصاق، تلعب خصائص انتشار المطاط الصناعي وخصائص اللزوجة المرنة دورًا أيضًا. تعتبر النقطة التي يلتقي فيها TPE والركيزة الصلبة مهمة جدًا لكل من قوة الرابطة ونوع الفشل، والتي يمكن أن تكون إما متماسكة (C) أو لاصقة (A). عند البحث عن علامات على وجود رابطة قوية، يُعتقد عادةً أن نظام التماسك هو أفضل طريقة لمعرفة ذلك. لكن يمكن أن يبدو نظام TPE الضعيف مع قوة رابطة معتدلة فقط أن الربط قوي. هناك أوقات يوجد فيها ترابط جيد حتى عندما يفشل الغراء. هناك ثلاثة أنواع من العمليات عند التلامس التي يمكن أن تساعد الركيزة الصلبة واللدائن البلاستيكية الحرارية اللينة على الالتصاق ببعضها البعض. يمكن رؤية هذه في الصورة أدناه.

التصميم هو ما يجعل الربط الميكانيكي ممكنًا. لا يتم الربط الحقيقي بين السطحين، ولكن أي مادة TPE ستعمل في هذه الحالة. الطريقة الثانية تعمل لأن الركيزة ومادة TPE المقولبة متوافقان كيميائيًا. ويعتمد التوافق الكيميائي على الطاقات السطحية، والتي ترتبط بمدى التصاق الركيزة ومادة TPE معًا. عندما تكون طريقة القولبة ودرجة الحرارة مناسبة، يمكن أن تتشكل واجهة حيث تمتزج جزيئات القاعدة والقالب المغطى. يمكنك عمل واجهة مع البولي إيثيلين متعدد الألياف أو البولي إيثيلين متعدد الألياف الذي تم تشكيله على البولي إيثيلين كقاعدة. الطريقة الثالثة يمكن أن تكون مدمجة في TPE. وتتكون عملية الترابط من تفاعلات قطبية محددة أو تفاعلات كيميائية بين مجموعات البولي إثيلين متعدد الألياف والركيزة الصلبة.

يمكن استخدام "اختبار التقشير بزاوية 90 درجة" لمعرفة مدى قوة الرابطة بين TPE والبلاستيك الصناعي. لقد قمنا بتغيير طريقة ASTM D903 للبلاستيك لاختبار مدى التصاق مادة TPE اللينة بالبلاستيك الحراري الصلب. يتم استخدام قاعدة مصبوبة مع ملحق جلد TPE مصبوب فوقها للاختبارات. يُستخدم جهاز اختبار الشد Instron لقطع وسحب شريط من البولي إيثيلين تيرفثالات الألمنيوم بعرض بوصة واحدة بزاوية قائمة مع القاعدة. يتم تثبيته في مكانه على العجلة بحيث تظل الزاوية 90 درجة كما هي أثناء سحب المطاط. يتم تحديد قوة الالتصاق من خلال مدى صعوبة سحب المطاط الصناعي بعيدًا عن القاعدة. عادةً ما تكون هذه القوة أكثر من 2 بوصة. يتم تصنيفها إلى مجموعتين بناءً على ما إذا كانت تفشل بسبب فشل الالتصاق (A) أو فشل التماسك (C). الفشل اللاصق يعني عدم وجود بقايا TPE متبقية على المادة. الأرقام المعطاة هي متوسط ثلاث دراسات مختلفة للالتصاق. نظرًا لأن العميل يريد مستوى معينًا من الالتصاق، فقد قررنا أن رقم الالتصاق الأعلى من 12 رقاقة من البولي يوريثان جيد بما فيه الكفاية.

واليوم، هناك اهتمام كبير في قولبة بوليمرات TPE على ركائز صلبة، خاصةً بالنسبة للسلع السوقية التي تحتاج إلى ملمس ناعم. يتم قولبة بوليمرات البولي إثيلين متعدد الكلور الجديدة على عدد متزايد من الركائز. وهذا يمنح المصممين مزيدًا من حرية التصميم وفرصة لإبراز سلعهم في سوق مليء بالنسخ "المقلدة".

تحظى منتجات TPEs بشهرة كبيرة لأنها تساعد في المبيعات عند نقاط البيع. فالناس اليوم لديهم مجموعة كبيرة من السلع للاختيار من بينها في المتاجر، والشركات التي تصنع السلع تريد أن تجعل سلعها مميزة. هناك العديد من الأسباب الوجيهة لاختيار منتج يحتوي على TPE القوالب المتراكبة السطح، مثل الألوان الجديدة والأنسجة والأنماط والراحة. بالنسبة للعديد من الأشخاص، فإن الملمس الناعم "الدافئ" الناعم أفضل من ملمس البلاستيك الصلب. وغالبًا ما يُعتقد أن الأشياء التي تبدو وكأنها مطاطية الملمس أكثر قيمة. أصبح الناس الآن أكثر ذكاءً في العثور على السلع التي تناسب أجسامهم بشكل أفضل وتقلل من الاهتزازات بعد أن أصبحوا يعرفون المزيد عن بيئة العمل وارتفاع إصابات الإفراط في استخدام المفاصل. كما يمكن أن تكون البولي إثيلين متعدد الكلور المقولب مفيداً لأشياء أخرى غير الإحساس وسهولة الاستخدام. ومن بعض الأمثلة على ذلك توفير قبضة آمنة وقوية في المناطق الرطبة، وحشيات وموانع تسرب المياه و"مصدات" مصبوبة للحماية من الصدمات ومنع الانكسار المبكر، وتقليل الاهتزازات.