Kan dessa formsprutas? PTFE, PVC, gummi, silikon, polypropen, polylaktinsyra och polyetylentereftalat

Introduktion

Injektionsmålning är en tillverkningsprocess där ett smält material injiceras i en mögelhålan under högt tryck och får svalna och stelna till en önskad form. Denna rapport syftar till att omfattande analysera genomförbarheten och specifika överväganden av formsprutning för sju vanliga industriella material: polytetrafluoroetylen (PTFE), polyvinylklorid (PVC), gummi, silikon, polypropen (PP), polylaktinsyra (PLA) och polyetylenter (pet). Lämpligheten för formsprutning beror till stor del på materialets unika fysiska och kemiska egenskaper, som bestämmer de erforderliga bearbetningsförhållandena och möjliga delegenskaper.

Översikt:

PTFE -formsprutning

PTFE är en högpresterande polymer känd för sin utmärkta kemiska resistens, låg friktion och termisk stabilitet. Dess unika molekylstruktur ger den en hög smältpunkt på cirka 327 ° C (621 ° F). Men även över sin smältpunkt flyter PTFE inte lika lätt som annan termoplast, men blir en gummiaktig elastomer och är mycket skjuvkänslig i sitt amorfa tillstånd, benägna att smälta fraktur. PTFE har också en extremt hög smältviskositet och kan bibehålla sin ursprungliga form i det smälta tillståndet, liknande en gel som inte flyter. Dessutom har PTFE en non-stick yta.

På grund av dess höga smältviskositet och icke-flödesbarhet är konventionella injektionsmålningsmetoder inte lämpliga för PTFE. PTFE uppför sig mycket annorlunda i det smälta tillståndet än typisk termoplast, som minskar i viskositeten när temperaturen ökar, vilket gör dem lätta att injicera. Däremot innebär PTFE: s höga viskositet och gelliknande tillstånd att trycket enbart inte räcker för att få det att flyta till komplexa mögelhålor i konventionell utrustning. PTFE har också en hög värmeutvidgningshastighet och dålig värmeledningsförmåga, vilket kan orsaka 2-5% krympning och delvridning om den inte kontrolleras ordentligt under formningsprocessen. Dessutom kräver PTFE mycket högt injektionstryck (över 10 000 psi) och är benägna att skada under nedslagning på grund av dess höga ytenergi, vilket kräver noggrann hantering och specialiserad formkonstruktion. PTFE -delar kräver också ofta ytterligare bearbetning, såsom glödgning eller bearbetning, och den höga reaktiviteten hos PTFE med mögelmaterial kan resultera i en förkortad mögellivslängd, vilket kräver ofta underhåll eller utbyte av specialiserad utrustning.

Trots dessa utmaningar kan PTFE fortfarande formas med några specialiserade tekniker. Pressformning är för närvarande den mest använda PTFE -formningsprocessen. Metoden involverar enhetligt fyllning av PTFE -pulver i en form och sedan komprimerar det vid ett tryck av 10 till 100 MPa vid rumstemperatur. Det komprimerade materialet sintras sedan vid en temperatur av 360 ° C till 380 ° C (680 ° F till 716 ° F) för att binda partiklarna ihop. Beroende på olika behov kan pressformning delas upp i vanlig pressformning, automatisk pressformning och isostatisk pressning. ** Tryckgjutning (klistra ut extrudering) ** är en annan metod, där ett 20-30 mesh screened harts blandas med en organisk tillsats i en pasta, förtryckt i en billet och sedan extruderas i en tryckpress och slutligen torkas och sintras. Skruv extrudering använder en speciell extruderkonstruktion där skruven huvudsakligen spelar en transport och drivande roll, sintring och kylning av PTFE -pulvret genom mathuvudet. Isostatisk pressning är att fylla PTFE -pulvret mellan formen och den elastiska formen och tryck sedan på pulvret från alla riktningar med vätsketryck för att göra det kombinerat, vilket är lämpligt för produkter med komplexa former. Det är värt att notera att Kingstar -mögel hävdar att PTFE -injektionsgjutning kan utföras, men de betonar att detta kräver specialiserad utrustning och teknik, till exempel att använda fina pulver eller granulära PTFE, och kan involvera kompressionsgjutning eller kolvare före injektion för att säkerställa att materialet flyter och bildar komplexa former. Detta visar att även om det finns inneboende svårigheter att direkt bearbeta PTFE med användning av traditionella injektionsprocesser, kan en viss grad av "injektionsformning" uppnås genom förbättrade metoder såsom injektionsförformning eller speciellt formulerade PTFE -material.

PTFE -gjutna delar används ofta i applikationer som kräver utmärkt kemisk resistens, låg friktion och hög termisk stabilitet, såsom tätningar, packningar och elektrisk isolering. På grund av dess utmärkta kemiska resistens används PTFE också allmänt inom den kemiska industrin. Dess hög temperaturstabilitet gör den nödvändig i delar som kräver hållbarhet under extrema förhållanden inom flyg- och bilsektorerna. PTFE: s låga friktion gör den idealisk för delar som kräver smidig rörelse och minimal slitage, såsom lager, tätningar och packningar. På grund av dess biokompatibilitet är PTFE också lämplig för medicinska tillämpningar.

Polyvinylklorid (PVC) formsprutning

Polyvinylklorid (PVC) är en mångsidig termoplast som kan producera en mängd olika delar genom formsprutningsprocessen. PVC är icke-hygroskopisk och har god kemisk resistens. Det kan delas upp i hård PVC och mjuk PVC, och mjuk PVC görs mer flexibel genom att tillsätta mjukgörare. PVC levereras vanligtvis i granulär eller pulverform och måste smälts före bearbetning. Injektionsprocessen innebär att injicera smält PVC i en mögelhålan under högt tryck och sedan kyla och stelna den i önskad form. Typiska smältemperaturer sträcker sig från 160-190 ° C och bör inte överstiga 200 ° C. Formtemperaturer upprätthålls vanligtvis vid 20-70 ° C. Injektionstrycket bör vara över 90MPa, och hålltrycket är vanligtvis mellan 60-80MPa. För att undvika ytfel används vanligtvis måttliga injektionshastigheter. PVC har en relativt låg krympning på 0,2% till 0,6%, men ojämn krympning under kylning kan orsaka vridning. För att säkerställa en smidig avmolning av delen rekommenderas en dragvinkel på 0,5% till 1% i PVC -delkonstruktion.

PVC-formsprutning har flera fördelar, inklusive hög kostnadseffektivitet. Jämfört med andra specialplast och polymerblandningar är PVC ett vanligt injektionsmaterial med ett lägre pris. Det har god kemisk resistens mot många syror, baser, salter, fetter och alkoholer och är en bra elektrisk isolator. PVC är också flamskyddsmedel och vattenbeständig och är hållbar, lätt att färga och återvinna. PVC har dock också vissa nackdelar. Den har dålig termisk stabilitet, börjar försämras över 60 ° C och sönderdelas till skadliga biprodukter när de överhettas, såsom saltsyra (HCl), vilket är extremt frätande. PVC har också en relativt låg värmeförvrängningstemperatur, deformeras under belastning över 82 ° C och förlorar styrka vid högre temperaturer. Dessutom kan PVC bära när de utsätts för oxiderande syror.

PVC -formsprutning används ofta i olika fält, såsom för produktion av rör, beslag och höljen. Andra vanliga applikationer inkluderar adaptrar, RV -delar, datorhus och komponenter och dörrar, fönster och maskinhus i konstruktionsfältet (styv PVC). Mjuk PVC används främst för att tillverka medicinska katetrar, bilinredningar och trädgårdsslangar. I bilindustrin används PVC -formsprutning för att tillverka delar som instrumentpaneler, inre paneler och tätningsremsor. Många hushållsartiklar, såsom behållare och möbeldelar (exklusive dricksglas och tvättbaser som kommer i direktkontakt med människokroppen), kan också göras med hjälp av PVC -injektionsgjutning. PVC används också i stor utsträckning inom elektronik, medicinska och industriella områden. Andra applikationer inkluderar leksaker, slangar, dekorativa skärmar och etiketter.

Gummisgummi

Gummiinsprutningsgjutning är en process där ocured gummi injiceras i en metallformhålrum och sedan vulkaniserad (botad) under värme och tryck för att bilda en användbar produkt. Denna metod är tillämplig på både naturligt och syntetiskt gummi. Den allmänna gummiinsprutningsprocessen involverar utfodring av obehindrat gummi i formsprutningsmaskinen, värmer den för att flytande den till ett geltillstånd, sedan injicera den i formkaviteten genom löpare och grindar, vulcanizing den under högt tryck och temperatur för att tvärbindning av polymerkedjorna och slutligen kyla och ejtera den från formen.

Injektionsgjutning har flera betydande fördelar jämfört med traditionella gummiformningsmetoder såsom kompressionsgjutning och överföringsgjutning. Den kan producera produkter med högre precision och stramare toleranser och möjliggör utformning av mer komplexa och känsliga geometrier. Produktionscykeln för formsprutning är i allmänhet kortare, och i många fall krävs inte förgjutning, vilket minskar materialavfall och blixt. Dessutom kan injektionsmålning rymma ett bredare utbud av gummihårdhet (strandhårdhet) och kan bättre uppnå materialflöde och mögelfyllning. Processen har också potentialen för automatisering, vilket minskar arbetskraftskostnaderna och kan uppnå bättre ytfinish. På grund av dess hastighet och precision är formsprutning väl lämpad för massproduktion av gummidelar och förmågan att producera övermoldade delar (bindning av gummi till metall).

Det finns en mängd naturliga och syntetiska gummier som är lämpliga för formsprutning. Naturgummi har hög draghållfasthet samt god friktion och slitegenskaper. På grund av dess höga viskositet och känslighet för temperatur kräver emellertid formsprutning av naturgummi specifika tekniker. Det finns många olika typer av syntetiska gummi, var och en med unika egenskaper som är lämpliga för olika applikationer. Nitrilgummi (NBR) har utmärkt motstånd mot oljor, lösningsmedel, vatten och nötning. Etylen-propylen-dienmonomergummi (EPDM) har förbättrat resistens mot ljus, ozon och värme, vilket gör det idealiskt för utomhusapplikationer. Neopren används allmänt och har eld, väder, temperatur och slitmotstånd. Silikongummi har utmärkt värmebeständighet, flexibilitet med hög och låg temperatur och biokompatibilitet (som kommer att diskuteras i detalj i silikonavsnittet). Fluorosilikongummi har utmärkt motstånd mot bränslen, kemikalier och oljor. Termoplastiska elastomerer (TPE) kombinerar egenskaperna hos plast och gummi, flödar lätt när de värms upp och kan återvinnas, inklusive TPR, TPU och TPV. Hydrogenerat nitrilgummi (HNBR) har hög resistens mot petroleumbaserade oljor och används allmänt inom fordonsfältet. Butylgummi har låg gas- och fuktpermeabilitet och är lämplig för vakuum- och högtrycksgassystem. Styren-butadiengummi (SBR) är ett vanligt syntetiskt gummi med god slitstyrka. Isoprengummi är det bästa valet om färg är viktigt. Fluororubber (Viton/FKM) har utmärkt värme- och kemisk motstånd och är lämplig för extrema miljöer.

Gummiinsprutning används allmänt i olika branscher, såsom för tillverkning av tätningar, packningar, O-ringar, gummiproppar och rör. Inom fordonsindustrin används den för att producera överföringar, motordelar, ventiler, extrusioner samt instrumentpaneler, inre paneler och tätningar. Försvarsindustrin använder gummiinsprutning för att tillverka vapendelar, chock- och brusreduceringsdelar och tätningar. Vid masstransport används den för bromsar, styrsystem, slang, trådisolering och motordelar. Gummiinsprutning används också för att tillverka hushållsapparater, elektriska komponenter, byggnadskomponenter (som stötdämpare och tätningspackningar), medicintekniska produkter och gummihandtag på köksredskap och verktyg. Vid livsmedelsbearbetning och tillverkning används ofta naturgummi för att producera stötdämpare på produktionslinjer. På grund av dess slitmotstånd används naturgummi också vanligtvis inom järnvägs- och försvarsindustrin och är kärncertifierad. Dess slitmotstånd gör det också lämpligt för hastighetsbultar i transportindustrin.

Silikoninjektering

Silikoninjektionsgjutning är huvudsakligen uppdelad i två typer: flytande silikongummi (LSR) injektionsmålning och högkonsistensgummi (HCR, även känd som fast silikongummi) injektionsmålning. LSR är ett lågviskositetsplatinhöjd silikongummi som kräver en kyld fat och uppvärmd mögel. Det är ett tvåkomponentsystem där A- och B-komponenterna blandas före injektion. HCR har en högre viskositet, är vanligtvis peroxid botad, kräver en uppvärmd fat och mögel och har en längre botningstid. HCR levereras som en förblandad förening eller som en baskomponent som måste blandas.

LSR -formsprutningsprocessen involverar mätning av två flytande komponenter (basisilikon och katalysator) tillsammans (pigment tillsätts ofta) och matar dem i en kyld injektionsfat. Blandningen injiceras i en uppvärmd mögel (vanligtvis 150-200 ° C eller 275-390 ° F) där snabb vulkanisering sker. LSR -produktionscykeltider är mycket korta, vanligtvis 30 sekunder till 2 minuter. Processen automatiseras vanligtvis, producerar minimal blixt ("blixtfri" teknik) och använder ofta automatiska demolderingssystem. Däremot involverar HCR -formsprutningsprocessen matning av fast silikongummi (i block, remsor eller en blandning) i en uppvärmd injektionsfat. Detta injiceras sedan i en uppvärmd mögel (150-200 ° C eller 302-392 ° F) för vulkanisering. HCR har längre botningscykler än LSR, kräver ofta manuell belastning och demoldning och är mer benägna att blinka, vilket kräver trimning. LSR-formsprutning har många fördelar, inklusive hög precision, förmåga att tillverka komplexa konstruktioner, lämplighet för produktion med hög volym, konsekvent kvalitet, snabba produktionscykler, lågt materialavfall, biokompatibilitet, god värme och kemisk resistens och självhäftande kvaliteter finns tillgängliga. Nackdelarna är högre initiala verktyg och specialiserade utrustningskostnader och behovet av expertis. HCR -formsprutning har fördelar i vissa applikationer som kräver hållbarhet och seghet, har lägre utrustningskostnader än LSR -formsprutningsverktyg, kan blandas med tillsatser för att möta unika specifikationer och är lämpliga för stora gjutna produkter. Emellertid har HCR en högre viskositet och är svårare att hantera, ofta kräver arbetsintensiv överföringsmålning och kompressionsmålningsmetoder för liten batchproduktion, har en långsammare botningscykel än LSR, avfallsmaterial, resulterar i högre arbetskraftskostnader, kräver ofta post-curing för att ta bort peroxidbiprodukter och kräver manuell drift och ytterligare verktygsutrustning. LSR används ofta i produkter som kräver hög precision och kvalitet, såsom medicintekniska produkter (tätningar, membran, kontakter, babynipplar, katetrar, ventiler), bildelar (tätningar, packningar, elektriska kontakter), konsumentprodukter (köksutrustning, elektronik), industriella delar (tätningar, packningar, o-ringar), slitage, slitage, hälsomätare, läkemedelsmonilering), övergripande delar av plötsdelar. HCR används ofta för kompressionsgjutning och extruderingslang. Tillverkare av medicintekniska produkter använder HCR för att göra implanterbara shunts, pacemaker blyhöljer, pumpmembran och katetrar.

Polypropen (PP) formsprutning

Polypropylen (PP) är en termoplastisk polymer tillverkad genom polymeriserande propylenmonomerer. PP-injektionsprocessen innebär att smälta PP (vanligtvis mellan 232-260 ° C eller 450-500 ° F, men kan variera från 220-280 ° C eller 428-536 ° F) och injicering av den i en form (temperaturen på 20-80 ° C eller 68-176 ° F, 50 ° C eller 122 ° F är rekommenderat. Den låga smältviskositeten hos PP gör att den kan flyta smidigt in i formen. Den kyls sedan, stelnades och kastas ut.

PP har flera viktiga egenskaper som gör det lämpligt för formsprutning, inklusive låg kostnad och tillgänglighet, hög böjhållfasthet och slagmotstånd, god kemisk resistens mot syror och baser, låg friktionskoefficient (slät yta), utmärkt elektrisk isolering, motstånd mot fuktabsorption, god trötthetsmotstånd, lämplig för att göra hinger och enkel färg. PP-formsprutning är kostnadseffektiv, lämplig för produktion med hög volym, mångsidig, livsmedelssäker (BPA-fri) och återvinningsbar. PP har emellertid också vissa nackdelar, såsom känslighet för UV-nedbrytning och oxidation, hög värmekoefficient, som begränsar dess användning i högtemperaturapplikationer, dålig vidhäftning, svåra att måla eller bindas till andra material (svetsning krävs för att sammanfogas), dålig motstånd mot klorerade lösningsmedel och aromatik, hydrokar, flammade, brittiska under 06 (32 ° F) och relativt hög krympning (1,8-2,5%).

PP injection molding is widely used in food packaging and containers (such as yogurt and butter containers), plastic parts for the automotive industry (interior trim, glove box doors, mirror housings), hinges (ketchup lids, take-out containers), medical devices, textile materials, children's toys, electronic product packaging, panels and housings, automotive batteries, laboratory equipment (beakers, test tubes), household Apparater (kylskåp, blandare, hårtorkare, gräsklippare), rör (industri och inhemsk), samt möbler, rep, band, mattor, campingutrustning, garn och klädsel. Typical process conditions for PP injection molding include melt temperature 220-280°C (428-536°F), mold temperature 20-80°C (68-176°F), 50°C (122°F) recommended (higher mold temperature increases crystallinity), injection pressure up to 180 MPa, injection speed is usually fast to minimize internal stress, but slower speed is recommended to avoid surface defects at higher Temperaturer, kyltemperaturen är cirka 54 ° C (129 ° F) för att förhindra deformation under utkastning och krympningshastighet 1-3%, eller 1,8-2,5% (krympning kan minskas genom att tillsätta fyllmedel).

Följande faktorer bör beaktas i formkonstruktionen för PP-injektionsgjutning: fullcirkellöpare och grindar rekommenderas (kall löpare diameter 4-7 mm), alla typer av grindar kan användas; Pin-punktgrinddiametrar är vanligtvis 1-1,5 mm (ner till 0,7 mm), och sidolatarna är minst hälften av väggtjockleken djup och två gånger väggtjockleken bred. Heta runnerformar kan användas direkt. Kalla brunnar bör utformas vid löparnas grenpunkter, och grindplatsen är viktig, helst före den vertikala kärnan.

Polylectic Acid (PLA) formsprutning

Polylaktinsyra (PLA) är en biologiskt nedbrytbar termoplastisk polyester härrörande från förnybara resurser såsom majsstärkelse eller sockerrör. PLA kan formsprutas i amorfa eller kristallina former genom att justera formförhållandena. Eftersom PLA är hygroskopisk måste den torkas försiktigt före formning (fukt orsakar nedbrytning). Det rekommenderas att fuktinnehållet är mindre än 0,025%. Torkförhållanden är: 2-3 timmar vid 80 ° C med luft vid -40 ° C daggpunkt eller 2-3 timmar vid 80 ° C under vakuum. PLA har i allmänhet en lägre smältemperatur än annan vanligt använt injektionsplastplast, vanligtvis mellan 150-160 ° C (302-320 ° F), men det rekommenderade intervallet är 180-220 ° C (356-428 ° F). Formtemperatur påverkar kristalliniteten: amorf PLA kräver mögeltemperaturer under 24 ° C (75 ° F), medan kristallina PLA kräver mögeltemperaturer över 82 ° C (180 ° F), företrädesvis cirka 105 ° C (220 ° F). Kristallin morfologi förbättrar värmemotståndet. PLA kräver i allmänhet längre kyltider på grund av dess långsammare kristallisationshastighet. PLA: s höga viskositet kräver högre injektionstryck. PLA: s huvudsakliga funktioner inkluderar biologisk nedbrytbarhet och miljövänlighet, livsmedelssäkerhet (vissa betyg) (US FDA betraktas i allmänhet som säker (GRAS) för alla livsmedelsförpackningar), goda mekaniska och fysikalisk -kemiska egenskaper, glansig och slät yta, enkel formning och återvinningsbarhet. PLA: s värmebeständighet är emellertid lägre än annan plast (amorf PLA börjar mjukas över 55 ° C), och kristallisation kan förbättra värmemotståndet upp till en smältpunkt på 155 ° C. PLA har relativt låg styrka och kan vara svår att bearbeta och är ibland spröd.

De rekommenderade bearbetningsbetingelserna för PLA-injektionsgjutning inkluderar en smälttemperatur på 180-220 ° C (356-428 ° F) och en mögeltemperatur under 24 ° C (75 ° F) för amorf PLA och över 82 ° C (180 ° F) till cirka 105 ° C (220 ° F) för kristall PLA. PLA måste torkas till en fuktinnehåll på mindre än 0,025% före formning. Ett baktryck på 10-30% används vanligtvis. Kyltider är vanligtvis längre på grund av långsam kristallisation.

Mögelkonstruktion för PLA-injektionsgjutning kräver ett lågt skjuvningsfritt varmt löpare-system för att förhindra materialnedbrytning. God avluftning är viktig på grund av den höga viskositeten hos PLA. Det rekommenderas att börja med minimal ventilation och gradvis öka efter behov. Trumlängden bör vara minst 3-5 gånger skottstorleken och skruvpektförhållandet bör vara minst 20: 1.

Vanliga applikationer för PLA-injektionsgjutning inkluderar livsmedelsförpackningar (containrar, snabbmatlådor), engångsbordsartiklar, nonwovens (industriella, medicinska, sanitära, utomhus-, tältstyger, golvmattor), kirurgiska suturer och bennaglar (absorberbara), disponibla infusionsanordningar, borttagbara kirurgiska suturer, drogsuppror, ritningar, ritningar, ritningar, ritningar, ritningar, ritning av ritningar, ritning, rörelsepaket, tubing, tubing.

Polyetylentereftalat (PET) formsprutning

Polyetylentereftalat (PET) är en termoplastisk polyester som kan bearbetas genom formsprutning. PET har en hög smältpunkt, varvid smältpunkten för oåterkallat PET är 265-280 ° C (509-536 ° F) och smältpunkten för glasfiberförstärkt PET är 275-290 ° C (527-554 ° F). Temperaturen på injektionsformen är vanligtvis 80-120 ° C (176-248 ° F). PET är mycket känsligt för fukt och måste torkas grundligt före produktionen. Det rekommenderas att torka den vid 120-165 ° C under 4 timmar för att hålla fuktigheten under 0,02%. Eftersom PET har en kort stabilitetstid efter smältning och en hög smältningstemperatur krävs ett injektionssystem med temperaturkontroll med flera steg och mindre självfriktionell värmeproduktion under mjukgöring. Heta runnerformar används vanligtvis för att formera PET -förformar. Snabbinjektionshastigheter krävs ofta för att förhindra för tidig stelning under injektion.

PET: s huvudegenskaper inkluderar hög styrka och hållbarhet, lätt vikt, naturligt klar med en hög glansyta, motstånd mot fukt, alkoholer och lösningsmedel, god dimensionell stabilitet, slagmotstånd, goda elektriska isoleringsegenskaper, återvinningsbara (Resinidentifieringskod "1"), betecknad som en livsmedelssäker material och god människosmakt mot syra och oljor (särskilt glasfiber).

Processöverväganden för form av husdjursinjektion inkluderar vikten av grundlig torkning för att förhindra nedbrytning av molekylvikt och spröda, missfärgade produkter. Smälttemperaturen måste kontrolleras exakt (270-295 ° C för oåterkallade typer och 290-315 ° C för glasfiberförstärkta typer). Mögelkonstruktionen ska använda heta löpare med värmesköldar (cirka 12 mm tjocka). Tillräcklig ventilering krävs i formen (ventilationsdjup överstiger inte 0,03 mm) för att undvika lokal överhettning eller sprickbildning. Porten bör öppnas i den tjocka delen av husdjursprodukten för att undvika överdriven flödesmotstånd och för snabb kylning. Gate Direction påverkar smältflödet. Lägre ryggtryck rekommenderas för att minska slitage. PET -loppet vid hög temperatur bör minimeras för att förhindra nedbrytning av molekylvikt.

Common applications for PET injection molding include beverage containers (soft drinks, water, juice), food packaging (salad dressing, peanut butter, cooking oil), health and beauty product containers (mouthwash, shampoo, liquid hand soap), take-out food containers and prepared food trays, electronics and appliances (motor housings, electrical connectors, relays, switches, microwave oven internals), automotive parts (reflectors, headlight reflectors, strukturella delar), plastdelar i elektronik, elektrisk inkapsling eller isolering, elektriska kontakter, hushållsapparater och flaskor och styva flaskor för kosmetisk förpackning.