Nu är det dags att börja med övergjutning av termoplastiska elastomerer (TPE). TPE har traditionellt använts för att ersätta gummi, men nya trender på konsumentmarknaden har gjort övergjutningsidén till ett faktum i affärsvärlden. Efterfrågan och trenderna på konsumentmarknaden ökar för bättre ergonomisk känsla och beröring, greppbarhet, utseende, stötskydd, vibrationsseparation och isolering. Designers av konsumentprodukter sätter standarden för materialtillverkare genom att ta fram lösningar som ser bra ut och känns bra och som fungerar väl i krävande slutanvändningsapplikationer.

Denna uppsats handlar om TPE-övergjutningsteknik i allmänna termer och som en grupp av material som kan användas för att skapa designade lösningar för denna ständigt gröna trend. När det gäller styva substrat är polypropylen (PP), polyeten (PE), polystyren (PS), slagtålig polystyren (HIPS), polyfenylenoxid (PPO), glykolmodifierad polyetylentereftalat (PETG), akrylnitril-butadienstyren (ABS) och semikristallina polära plaster som polyester (PET, PBT) och polyamid (Nylon 6, Nylon 66) några exempel. Ny teknik för att blanda och kombinera material har gjort det möjligt att tillverka varor som kan övergjutas på dessa olika substrat.

För TPE som övergjuts på styva ytor är det många saker som är mycket viktiga. Det första och viktigaste är att välja den typ av TPE som fungerar med den styva basen. Viktigt är också övergjutningsprocessen (t.ex. insats- eller 2K-gjutning), maskintypen, processförhållandena, hur materialet förbereds, detaljens utformning och formens utformning. Unika materialteknologier, ny design av detaljer och verktyg samt förbättringar av övergjutningsteknologin kommer att hålla designernas sinnen aktiva så att de kan tillgodose konsumenternas ständigt växande behov av komfort, snyggt utseende och mervärde.

Teknik för övergjutning av TPE

Övergjutning av TPE använder formsprutning för att lägga ett material (övergjutning) ovanpå ett annat material (substrat). Det övergjutna materialet ska fästa på substratet på ett sätt som håller i slutanvändningen och fungerar bra. Övergjutning eliminerar behovet av lim och primers för att fästa TPE på hårda material. Övergjutningstekniken ger konstruktörerna större frihet, sänker produktionskostnaderna och gör det enklare att tillverka saker. Multiple Material Moulding och Insert Moulding är de två huvudsakliga sätten att göra övergjutning.

Formsprutning med mer än ett material kallas även flerfärgsformsprutning eller tvåstegsformsprutning. Bild 1 visar vilken typ av verktyg som används. De har två eller flera formsprutningsenheter. Formsprutningsmaskinens armar kan ställas in så att de är parallella med varandra eller i rät vinkel mot varandra. Det finns två uppsättningar hål i formen. Den ena uppsättningen formar basmaterialet och den andra uppsättningen formar täckmaterialet.

Det finns två steg i gjutningsprocessen med två skott. Det första steget är att fylla substratets håluppsättning med den första pipan. När substratet är kallt öppnas formen och den sida som kan flyttas vrids 180° utan att substratet kommer ut ur formen. Därefter stängs formen och överformningsmaterialet sprutas in i den andra cylindern. Den andra halvan av formen fylls i på den sida som står stilla. Om övergjutningsmaterialet måste formas på båda sidorna av detaljen kan formen flytta delarna mellan två håluppsättningar i stället för att vrida dem.

Maskiner med roterande plattor vs. maskiner med roterande matriser: En roterande platta på den andra delen av pressen är ibland inbyggd i maskinen för att få den att snurra. När en roterande platta används fyra gånger separat används vanligtvis formhalvor som är monterade på den. Det finns tillfällen då rotationen är inbyggd i själva verktyget och det bara finns två formhalvor men fyra uppsättningar formhål.

Rörlig: Verktyget i Core-processen har en rörlig del som drivs med hydraulik eller luft. När det första substratet har injicerats och fått tid att svalna dras en formsektion tillbaka, vilket skapar utrymme för TPE-överformningsmaterialet. TPE:n förs sedan in, oftast från den sida av hålet som syns när insatsen dras tillbaka. Den här metoden har snabbare cykeltider, mer kavitation och bättre maskinprestanda. Det enda problemet är att endast en konstant tjocklek av TPE kan användas.

Insatsgjutning - övergjutning av insats

Insatsgjutning är en typ av övergjutning. Vid insatsgjutning förs ett hårt plastsubstrat eller en metalldel som redan har gjutits in i hålet av en robot eller en person (figur 2). Det andra materialet, som kallas "övergjutning", läggs på ena sidan av insatsen eller runt hela insatsen andra gånger. Vid insatsgjutning används vanliga formsprutningsverktyg.

Rotera eller flytta runt? Gjutning av bord: En horisontell formsprutningsenhet eller en robot används för att forma ett substrat eller placera en insats i den andra kaviteten i den första positionen. Bordet flyttas eller vänds till nästa station, där en annan horisontell eller vertikal insprutningsenhet används för att sätta in TPE. Du kan använda en varm gran eller sätta löparen vid delningslinjen. En tredje vridning av den roterande enhetens bord skickar den till en "off-load"-station, där den färdiga tvådelade delen matas ut.

Process för övergjutning av TPE

Vilken av de möjliga processerna och formutformningarna som ska användas beror på materialval, arbetskostnad, tillgängliga verktyg och maskiner samt ekonomin i att tillverka ett stort antal. Om insatsen inte är en termoplast måste insatsformning användas. Om du bara behöver en liten mängd av plast- eller metallsubstratet, kostnaden för lokal arbetskraft är låg och du måste hålla kostnaden för verktygen låg, bör du placera dem för hand. För större arbetsmängder kan skyttelverktyg användas. Robotplacerade skär och roterande verktyg kan användas när mängden arbete som behöver utföras motiverar kostnaden. Om du behöver göra många delar eller om arbetskostnaden är hög där du bor, är två materialformningsmaskiner bäst för plastsubstrat. För de högsta produktionssiffrorna och de snyggaste detaljerna är varmkanalsystem med ventilgrindar bäst.

Överväganden vid design av övergjutningsdelar

Det finns många olika delar i utformningen av övergjutningar, och i det här dokumentet beskrivs några allmänna saker att tänka på.

När det gäller material har bondbara TPE:er strängare regler än vanliga TPE:er. Samma sak gäller för tillverkning av delar. När man konstruerar tvådelade detaljer måste man tänka på hur de två olika flexibla materialen kommer att krympa, vilket skiljer sig från att konstruera endelade detaljer. Båda har sina egna grind- och löparsystem som måste anpassas utifrån egenskaperna hos det material som används.

För att få bästa möjliga cykeltid bör de tunna väggarna i basen och övergjutningen vara så jämna som möjligt. I de flesta övergjutningssituationer fungerar väggar som är mellan 1 mm och 3 mm tjocka bra. Om detaljen behöver tjocka områden bör de kärnas ut för att förhindra att detaljen krymper för mycket och för att minska cykeltiden och vikten. För att undvika flödesproblem som återfyllningar och gasfällor bör förändringar i väggtjockleken göras långsamt. Att lägga till cirklar (minst 0,5 mm) i skarpa hörn kan bidra till att sänka spänningen i det området. Djupa mörka fickor eller ribbor som inte kan öppnas bör undvikas. Långa drag bör ha en dragning på 3 till 5 grader för att hjälpa bollen att komma ut. Djupa underskärningar kan göras med övergjutningsmassa, men bara om en förkärna används när formen öppnas, om detaljen inte har några vassa kanter och om elastomeren tillåts böjas när den kommer ut ur formen.

Vid gjutning krymper de flesta TPE-föreningar en hel del i flödesriktningen men inte så mycket när de gjuts i tvärflödesriktningen. Detta kan leda till att övergjutningsmaterialet krymper mer än substratet när detaljen tas ut ur verktyget. Detta kan sedan leda till att substratdelen vrider sig eller kupar sig, i allmänhet i riktning mot övergjutningsmaterialets flöde. Detta gäller särskilt delar där substratet är tunnare än övergjutningsmaterialet eller där ett substratmaterial med låg styvhet används. delarna ska vara långa och tunna. Detta kan delvis åtgärdas genom att använda basmaterial med högre modul och lägga till förstyvningsribbor i substratet. Det hjälper också att använda tunnare skikt och en övergjutningskvalitet med mindre hårdhet. Att flytta grinden för att ändra flödesmönstret för TPE kan också hjälpa.

Shore-hårdhet, som är ett materials motståndskraft mot att bucklas på en gjuten platta med en minsta tjocklek på 6,3 mm (ASTM D2240), används för att mäta TPE-material. Ett föremål med lägre hårdhet känns mjukare på utsidan, även om det har samma tjocklek. Men eftersom övergjutning vanligtvis bara görs på det tunna skalet av TPE, påverkar den hårda basen under hur mjuk den känns. Om man gör ett hårdhetstest på detta kommer en mindre indentering att visa att berget är hårdare, även om huden är mjuk. Om gummiövergjutningen ska vara på båda sidorna av delarna (A och B) måste två materialformar användas som kan röra sig mellan formsektionerna. För att göra ett jämnt lager på en del eller hela sidan av en enkel del bör du använda två materialformar med rörliga kärnor. Utmatningshastigheten kan bli mycket hög, beroende på hur tjocka väggarna i elastomeren och substratet är.

Hur TPE fastnar på teknisk termoplast

Det finns många saker som kan förändra hur väl hård konstruktionsplast och mjukt gummi fäster vid varandra. För att bygga specifika relationer mellan material är det viktigt att ytenergierna är desamma för båda materialen. TPE:s förmåga att fästa på en yta är en annan viktig faktor. För att vissa reaktioner ska kunna ske mellan TPE och substratet måste de vara mycket nära varandra och ytan måste vara våt. Det sätt på vilket TPE:erna teologiseras, som visas i figur 3, avgör hur de fuktas ut. Övergjutningsmaterial har inte särskilt hög viskositet. De är också känsliga för skjuvning och uppvisar ett skjuvförtunnande beteende.

Bilden nedan visar att viskositeten ligger nära den nedre delen av intervallet när flödeshastigheten är hög. Detta hjälper TPE att rinna in i och fylla tunnväggiga områden som är vanliga vid övergjutning.

TPE:ns kemi och typen av industriplast har stor inverkan på hur väl den fuktar. Förutom vidhäftningsegenskaperna spelar även elastomerens diffusions- och viskoelastiska egenskaper en roll. Den punkt där TPE:n och det styva underlaget möts är mycket viktig för både bindningsstyrkan och typen av fel, som kan vara antingen kohesiv (C) eller adhesiv (A). När man letar efter tecken på en stark bindning anses det kohesiva systemet vanligtvis vara det bästa sättet att se det. Men en svag TPE med endast måttlig bindningsstyrka kan få det att se ut som om kopplingen är stark. Det finns tillfällen när god bindning finns även när limmet misslyckas. Det finns tre typer av processer vid kontakten som kan hjälpa det styva substratet och den mjuka termoplastiska elastomeren att hålla ihop. Dessa kan ses på bilden nedan.

Designen är det som gör den mekaniska anslutningen möjlig. Det finns ingen riktig koppling mellan de två ytorna, men alla TPE fungerar i det här fallet. Det andra sättet fungerar eftersom substratet och det övergjutande TPE-materialet är kemiskt kompatibla. Kemisk kompatibilitet baseras på ytenergierna, som är kopplade till hur väl substratet och TPE:n fäster vid varandra. När gjutmetoden och temperaturen är rätt kan det bildas ett gränssnitt där molekylerna i basen och övergjutningen blandas. Du kan skapa ett gränssnitt med en styrenisk TPE eller en olefinisk TPE som har gjutits på polyeten som bas. Det tredje sättet kan byggas in i TPE. Bindningsprocessen består av specifika polära interaktioner eller kemiska reaktioner mellan grupperna i TPE:n och det styva substratet.

Ett "90-graders peel-test" kan användas för att ta reda på hur stark bindningen är mellan TPE och industriplasten. Vi har ändrat ASTM D903-metoden för plast för att testa hur väl mjuk TPE fäster vid hård termoplast. För testerna används en gjuten bas med en TPE-hudinsats gjuten ovanpå. En Instron spänningstestare används för att skära och dra en remsa av TPE som är en tum bred i rät vinkel mot basen. Den låses på plats på hjulet så att 90-gradersvinkeln förblir densamma medan gummit dras. Vidhäftningsstyrkan bestäms av hur svårt det är att dra elastomeren bort från underlaget. Denna kraft är vanligtvis över 2 tum. Den delas in i två grupper beroende på om den går sönder på grund av adhesivt fel (A) eller kohesivt fel (C). Adhesivt fel innebär att det inte finns några TPE-rester kvar på materialet. De siffror som anges är genomsnittet av tre olika studier av vidhäftning. Eftersom kunden vill ha en viss nivå av vidhäftning har vi beslutat att ett vidhäftningsnummer högre än 12 pli är tillräckligt bra.

Idag finns det ett stort intresse för att gjuta över TPE:er på styva substrat, särskilt för marknadsartiklar som måste ha en mjuk beröring. Nya TPE:er övergjuts på ett växande antal substrat. Detta ger formgivarna större designfrihet och möjlighet att få sina varor att sticka ut på en marknad full av "me-too"-kopior.

TPE är mycket kända eftersom de hjälper till med försäljningen på försäljningsstället. Människor har idag ett stort urval av varor att välja mellan i butikerna, och företag som tillverkar varor vill att deras ska sticka ut. Det finns många goda skäl att välja en produkt med en TPE övergjutning ytan, till exempel nya färger, texturer, mönster och komfort. För många människor känns en "varm" mjuk beröring bättre än en hård plastkänsla. Och saker som ser ut och känns som gummi anses ofta vara mer värdefulla. Människor är smartare när det gäller att hitta varor som passar deras kroppar bättre och minskar vibrationer nu när de vet mer om ergonomi och ökningen av överbelastningsskador i lederna. Övergjutna TPE:er kan också vara användbara för andra saker än känsla och användbarhet. Några exempel är att ge ett säkert och starkt grepp i våtutrymmen, vattentäta packningar och tätningar, ingjutna "stötfångare" för att skydda mot stötar och förhindra att de går sönder i förtid samt att minska vibrationer.