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多组分成型未来技术发展的重点方向

来源:国际塑料商情 发布时间:2020-09-02 1280
化工塑料橡胶塑料加工设备模具及零件材料处理、计量与检测原料及混合物添加剂及母粒其他增强塑料 技术前沿
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随着人们日常生活水平的提高,对注塑产品质量的要求也日益提高,高性能、多功能、高产量、绿色环保成为注塑行业发展的未来方向。

随着人们日常生活水平的提高,对注塑产品质量的要求也日益提高,高性能、多功能、高产量、绿色环保成为注塑行业发展的未来方向。单色、单成分的塑料制品已很难满足人们多样化的需求,于是出现了在同一塑件上含有两种或两种以上成分的产品,如混色制品、夹芯制品、多层制品等。多组分注塑(Multi-ComponentInjectionMolding)技术就是在如此背景之下应运而生的,它通过专门的注塑设备将两种或两种以上的聚合物材料混合成型,以获取所需制品。


近些年来,多组分注塑凭借着生产效率高、节能环保、产品附加值大等优势,日益受到了人们的重视,被广泛应用于汽车尾灯、仪表外壳、包装品等塑件的生产之中。与此同时,国内外企业也不断加大对多组分注塑的研究,新设备、新技术层出不穷,多组分注塑技术取得了长足的发展,成为最近几年注塑行业的研发重点和热点。


工作原理


以双色注塑为例,双色注塑制品成型时需要一个公模和两个母模,第一次注塑在公模和第一个母模里,成型后打开模具,不经过脱模,直接换到第二个母模,进行第二次注塑,脱模后即可得到双色注塑成品。


在实际生产中,通常会采用两组公模,每组各负责一次注塑,通过垂直方向旋转180°来切换不同的母模。


工艺特点


与普通注塑相比,多组分注塑无论是在塑件质量,还是在成型工艺方面都有极大的突破,其独特之处主要体现在注塑件的功能性和注塑工艺的经济性两方面。


◆注塑件的多功能性


多组分注塑通过复合成型,可将不同加工特性的材料集于同一塑件,从而使塑件集多种性能于一体。其次,多组分注塑通过性能整合,可以将多组分材料某方面的性能互补,从而扬长避短,获得普通注塑无法达到的效果,因此常被用于多色制品、具有表皮-芯层的制品、模内组装制品等的加工成型中。


◆注塑工艺的经济性


多组分注塑通过模内组装,可以将包含多个不同材料的产品一次成型完成,可以精简组装操作,省略传统注塑工艺的焊接、着色、粘合、装配等二次加工过程,从而有效缩短了成型周期。


工艺优势


◆降低材料成本/环保


芯层材料使用回收的二次料或低粘度的材料。


◆增强性能


适当的皮层料和芯层材料配合可以减少成型品残余应力、增加机械强度和产品表面性质。可使用具特殊表面性质的皮层料或芯层材料,如防电磁波干扰、高电导性等。


◆提高效率、降低成本


自动化生产流水线,高响应、高重复性,大大减少工艺及人力产品产量稳定,保证交货期,车间利用率更高,降低管理成本。模具寿命长,品质稳定,报废率降低。


◆设计自由、外观精美


根据不同的使用特性,芯层和皮层可自由选择材料,无需组装,减少接缝,解决部分产品因结构特殊而无法量产的问题。


工艺影响因素


模具的使用、原材料的选择、工艺参数的控制等是影响整个多组分注塑工艺的关键因素,具体来讲:


◆材料的粘性


这是一个决定性因素。在注塑过程中,塑料材料的粘度比率应控制在适当的区间内,如果粘度比率过大,二次注塑的材料往往会只停留在注塑入口附近,很难渗人到第一种塑料材料中,这样就会使表层材料难以达到理想、均匀的厚度。反之,在粘度比率过小的情况下,二次注塑的材料则会穿透表层材料。


◆材料的体积比例


各种材料的注塑量及其之间的比例是必须考虑的一项重要因素。为了注塑出合格的塑件,需要运用各种辅助设施确保芯层材料处于适当的比例。


◆材料间的搭配


多组分注塑过程中需要使用两种或多种材料,因此各材料在注塑过程中能否相容以及搭配是否合理也是影响多组分注塑的一个重要因素。如对于电子仪器外壳塑件来讲,为了实现屏蔽效应,通常选用具有一定电导性的物质作为其内芯,同时,其表层则采用质优耐用的原料。


◆其他影响因素


除了上述因素外,多组分注塑成型还受原料间收缩率、注射压力、模具温度、冷却速率等各种因素的影响。尤其对于三明治注塑、包覆成型等复杂的成型过程来说,其影响因素更为复杂,需要综合考虑各个方面。


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主要应用


通过将创造性的解决方案应用在各种生产过程中,多组分注塑成型正在进入一个极具吸引力并迅速成长的市场。虽然这些方式,基于不同的应用,尚存在各自不同的优点和不足,但相互间也在互补和协调。总的来说,因所成型的制件兼有不同的特性,可以预计多组份注塑成型的应用极具实用性。与其他加工方式相比,多组分注塑成型的的制品更关注制品的质量和可行性。其应用领域包括∶


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◆多色化∶通过多种颜色材料的注塑成型实现永久性着色,用于标识、色彩设计和装饰效果;


◆影响并获得机械结构的稳定性;


◆获得具有特定物理和化学特性的表面,例如防腐、导电、电磁屏蔽、气体阻隔(隔氧)、吸潮、防紫外线;


◆通过使用适宜人手抓握的材料,改进整个制件或制件局部的手感;


◆集成密封功能∶多组分注塑允许在主体零件上直接成型各种形状和尺寸的密封件;


◆制造可活动的连接部件;


◆通过芯层发泡,改进厚壁制件的成型质量。


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最新技术进展


早期,很多多组分注塑设备是从单组分注塑机改造而来,通常是在普通注塑机加装多个注射单元。然而,随着注塑成型技术的发展、复合成型成本的降低,多组分注塑机也在不断升级。


模具技术的改进是多组分注塑成型不断革新的原动力,多组分注塑模具可以分为旋转型和非旋转型两类。其中,旋转型模具包括转盘型和内置旋转机构两种类型,其主要特点是多种组分可以同时注射;非旋转型模具的主要特点为各种组分根据顺序先后或交替注入型腔。同时,根据成型工艺的不同,多组分注塑的注射单元也可以分为以下两种形式:注射单元之间互成一定角度或者相互平行;两个或多个注射单元共用一个喷嘴。


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国内外很多设备厂商和研究者已在多组分注射成型设备改进方面取得了突破,最近几年多组分注塑机技术呈现几大特点:


◆向大型化发展,锁模力在几百吨以上,满足汽车、家电、大型日用品等产业对大型多色机的需求。


富强鑫于去年九月成功为客户开发首台4000吨二板式注塑机(LM系列),用于生产塑料整理箱及家庭收纳用品。该机夹模单元具有同步性连动束牙夹紧设计,精准且快速完成高压锁模,高刚性车壁与加长型滑脚设计,可负荷超大型模具;高精度车壁平行度,搭配德国Novotechnik精密传感器,实现模壁最大间距达4500mm快速准确合模。


◆注塑单元向精密化发展,更多采用油电混合方式,成本低于全电机,却能有效改善传统油压式能耗能高及精度不佳的问题,且大幅降低污染及噪音。


◆转动结构从最早的齿条结构,到油压马达驱动,再到伺服电动驱动,不断优化提高,转速及精度均有大幅提升。


◆注塑单元可移动功能的实现,使多组分注塑机具备多样功能及弹性生产模式。当今许多行业的产品趋向多样化,多功能机是极佳的选择。以车灯业为例,通过配置注塑单元,一台多色机即可同时满足汽车前灯与尾灯的生产。


◆转动轴向垂直化发展,水平旋转模具在多色机的运用已经从小型250吨扩展到大型2300吨的机器。


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未来技术攻关重点


多组分注塑越来越受到重视,逐渐被应用于多种塑料制品的生产中,即便已被应用多年,但仍具有广阔的市场前景,大量全新的应用方式仍待挖掘。


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但是,与单一组分注塑工艺相比,多组分注塑成型设备的价格较高、注塑工艺也较复杂。同时,由于技术条件的限制,我国很多设备和技术需要从发达国家引进,多组分注塑成型技术在我国并没有得到广泛的应用,而是采用成型后再着色的“假多色”、不同部件的二次成型等工艺替代多组分注塑成型。虽然这些工艺可以生产出多组分塑件,但是与多组分注塑成型的塑件相比,其性能、质量还是有一定的差距。


超薄壁双组分成型、模内装饰成型、不同热塑性塑料共成型等已是目前多组分注塑技术研究的热点。总体来讲,多组分注塑成型正朝着以下几个方向进步:


◆简化工艺过程,缩短成型周期


随着市场竞争的不断加剧,塑料行业对节能环保的要求也在逐渐提高。因此,多组分注塑除了按照特定的需求生产出多种功能的产品外,同时也要尽可能地简化工艺过程,缩短成型周期,以降低成本。


◆技术融合


从最近几届德国K展观察,在多组分成型技术上,出现多种应用的组合。例如:双色+IML(模内贴标)、双色+IMA(模内组装)、双色+重迭模、双色+旋转重迭模+IMA、双色+IML+IMA+重迭模、双色+夹层、双色+Mucell(微发泡)、三色+IMA等。同时,超大型水平转盘对射机、全电双色机、三工位三色转轴机、四色机等高技术产品也已出现。


多组分成型技术必须与其他技术结合应用,借鉴利用其他技术改进多组分注塑工艺,创造更高的效益,“多组分成型+”是未来必须思考的问题。


在K2019展览上,Arburg(阿博格)公司展出了一套以电动双组份注塑机Allrounder630A为核心的交钥匙系统。系统采用消费后再生材料(PCR)和TPE、以节约资源的方式制造硬胶/软胶结合的工业把手,并且在制造工艺中组合使用多组分注射与预发泡技术。Allrounder630A上配备有一个螺杆长度为800mm的水平注射单元和一个螺杆长度为290mm的垂直注射单元。在采用预发泡工艺的物理发泡过程中,会使用容量1升的储气仓。另外,采用最新外观设计的注塑机配备了GESTICA控制系统。由一台新款垂直式MultiliftV30机械手完成取放件。


◆优化成型设备,开发新型模具技术


技术整合的关键议题是多组分模具技术及自动化周边的发展,不论是模内贴标、模内组装、旋转重迭模、微发泡,都需要相关的模具及周边的配合。


因此,注塑机、模具、自动化周边的技术整合与共同开发,是多组分成型技术发展的关键,如此才能形成高度自动化生产单元。


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在K2019现场,泰瑞展出的DH680/i3800E360V二板转盘多色机华丽实现了双物料汽配产品一次成型,产品无瑕疵,对称效果好,重复精度高。转盘和副射台灵活、独立,可安装在原有的机器上,进一步提升客户原有设备实用价值。展会现场,通过对成对成型的双物料汽配后保护盖产品的一次成型过程演示,真正实现对原有传统设备的华丽蜕变。


◆高精度多功能


未来,二板式水平转盘多色机将会持续深化发展,尤其是水平旋转四面重迭模的应用,结合电动驱动单元,如转动单元、注塑单元等,也是多色机实现高精度、多功能的重要基础。


在K2019上,德马格(Demag)展出了针对多组分成型的全电式MultiPlug机器。它带有额外的注射单元,将应用范围从单机扩展到真正的多机。自有的注塑装置可为生产提供可靠的证明。尤其在使用现有机器时,能增加生产的灵活性。独立单元可以安装在两个不同的位置,即L或V位置。因此,可以满足各种各样的需求,例如当遇到有限的屋顶高度或地板空间时。而直接驱动提供了最高水平的精度和可重复性,这在多组分成型中至关重要。


◆高效能


随着智能注塑机技术发展的推进,多模腔流动平衡、注塑熔体变异控制、锁模力在线监测等技术的应用,使多组分注塑机逐步朝着高效能领域发展。


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恩格尔(ENGEL)正孜孜不倦地致力于“循环经济”这一未来的关键理念,优先任务之一是为废塑料开辟更为广泛的应用领域。其中一个更深入应用回收料的方法是将其作为芯料放置于纯料之中的三明治(夹芯)组分。这样做的目的一方面是为这种双组分生产设计出数量增多的产品,而另一方面是要提高三明治结构中回收料的比例。芯层中可应用的回收料的比例主要是由成型件的形状和模腔里的流动模式所决定。尽管这种部件形状复杂,ENGEL仍然成功地用skinmelt工艺获得了超过50%的极高回收料含量。同样重要的是纯度等级,确保三明治成型产品也能在其使用寿命结束时易于被回收。ENGEL独一无二地用PP料制造周转箱,回收料出自消费后的收集料。


总结


多组份注塑工艺的发展为许多产品带来了丰富的层次感,同时也为提升注塑生产效率和产品丰富度提供了强有力的保证。要在这个快速成长的市场上不断推出创造性解决方案,设备制造商、工艺人员、用户、材料供应商,当然还有模具商之间的协调,就是必不可少的。




作者:王平


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