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      多色多物料注塑成型技術是塑料制品的制造方法之一,本文就多色多物料注塑成型工藝中的材料、注塑設備及模具設計作一個簡要報告。

      Multi-component injection molding is a common production method for colorful products or products involving multiple materials. The article gives an overview on various multi-component injection molding technologies, including those for materials, machinery and molds.


      多色多物料注塑制品是指兩種或兩種以上顏色的材料或不同材料通過一個或一個以上的流道注塑成型的塑膠制品。多色注塑制品由不同顏色的塑料材料通過注塑成型,每種材料在成型過程中不允許相互滲透,必須要嚴格區分開來,比如各種帶標識的按鍵及汽車車燈等。

       

      常見的物料結合類型

       

      多物料注塑制品不僅要求結合不同的顏色材料,而且需要結合不同種類的塑膠材料,其中包括:

       

      1)軟硬結合的制品。大多數情況下,軟硬結合制品都是由熱塑性材料及熱塑性彈性體(如TUE,TPU等)結合成型,這樣的結合可以使制品具備堅硬可抗腐蝕的基體,另外具備密封抗震,或者更舒適的手感,比如手柄類制品。

       

      當結合不同材料成型時,必須考慮原材料之間的粘合性,而且還需要考慮它們之間不同的收縮率、熱膨脹系數及成型處理溫度。在設計允許的情況下,可以通過內部機構的機械連接或化學反應來增強結合強度。

       

      2)與液態硅橡膠(LSR)結合的制品。LSR與熱塑性彈性體相比,具備更好的耐溫及機械性能,在多物料注塑工藝的應用越來越受到重視。

       

      由于LSR的高模溫,模具設計時模具的隔熱問題成為挑戰。在成型LSR的時候,模具通常需要設計冷流道系統,這個冷流道系統必須與成型熱塑性材料的熱流道系統完全隔熱。另外,目前能夠承受LSR成型溫度的材料也十分有限,比如PA、PPS、PETP是比較適合于LSR結合成型的材料。

       

      3)與電鍍/導電材料結合的制品。用具有電鍍/導電性能的材料和不具備電鍍/導電性能結合,可以使制造三方向傳電導體零件成為可能。

       

      4)模內組裝制品。兩種相互不相容的材料可以通過注塑結合起來后,變成一個相互連接而且可以移動的零件,我們稱之為模內組裝零件。由于模塑件的尺寸、收縮率不同及不相容性,使兩種材料注塑出來的零件可以“活動”,比如應用在汽車的出風口、玩具及機械連接零件等。

       

      不同注塑單元

       

      多色多物料注塑機由兩個或兩個以上注塑單元組成,根據注塑單元(副射臺)的布置方式,可以分類為V型、L型、P型及W型。這幾種類型的多色多物料注塑機各有特點,用戶需要根據自身需求來選擇。其中,V型及L型在歐洲注塑機的應用較為廣泛,而日本及國產機臺則多數采用P型。

       

      另一種創新的多色多物料注塑機則是在單色注塑機上配備連接獨立的副射臺,組成多色多物料成型機臺,比如迪嘉國際提供的Babyplast副射臺及轉盤,具有獨立的動力及控制系統,可以與其它任何品牌規格的單色機配合,使單色機臺變成多色多物料機臺。目前,巿場上的多色多物料注塑機臺大多數為注塑機制造廠家根據用戶需要進行標準制作,在很多情況下這些機臺只可以生產特定的制品,而獨立副射臺的應用則可以利用現有機臺來改造,大大提升了設備的利用率及使用靈活性,也減少了初期的設備投資, 這是目前一個靈活、環保及低成本的多色多物料設備方案。

       

      模具設計

       

      從原理上,多色多物料注塑模具設計可以分為兩大類,第一,模具有兩個或兩個以上進膠流道,通過轉動裝置(轉盤或托轉機構)或移動機構(人手、機械手或者液壓滑動機構),把第一次成型件移動至另一個模具型腔內,合模后讓其可以被第二次注塑的物料結合。這里模具概念需要思考的是成型件從一個模腔如何轉換到另一個模腔。第二,模具共用一個流道系統,把兩種材料或兩種以上材料注入傳統模具的模腔內,這種多物料注塑方式通常稱之為夾芯注塑(Sanwich Molding)或者叫做共注塑(Co-injection)。夾芯注塑目前有雙料筒注塑及單料筒注塑兩種方式。以下就常有的幾種多色多物料的設計作一個簡要陳述。

       

      轉盤

       

      第一次成型開模后轉盤旋轉180度,第一次成型件對準第二次成型的模腔,合模后進行二次成型。此過程所有的注塑單元都可以同步注塑。

       

      轉盤除180度正反轉以外,有時候為了特殊的產品生產要求,轉盤還可以設計成多角度轉動,來生產三物料或三物料以上的注塑成型,或者插件生產。轉盤的驅動可以是液壓或伺服驅動,而轉盤的制造工藝良好與否則直接會影響到成型的質量與效率。

       

      轉盤方式較常用于生產表面包膠的制品。

       

      托芯轉

       

      模具設計有旋轉中心軸。旋轉中心軸可以通過齒條或液壓馬達驅動旋轉,第一次成型開模后,連接中心轉軸部分的模芯被注塑機的頂出系統推出,連工件托離下模,旋轉機構再把工件旋轉180度,對準第二次模腔,合模后進行二次成型。此過程所有的注塑單元都可以同步注塑。

       

      托轉除了180度正反轉以外,有時候為了特殊的產品生產要求,托轉還可以設計成多角度轉動,來生產三物料或三物料以上的注塑成型(比如模內組裝等)。

      生產全包膠(表面及底部都需要包膠)的制品,托轉是較合適的方式之一。

       

      退芯技術(Core Back

       

      第一次成型等候產品冷卻到一定硬度后,模具局部退芯下沉,形成與模芯形狀一樣的二次型腔,然后進行第二次成型。

       

      這種方式的優勢是成型中途無需開模及移動第一次成型件,在同樣噸位的注塑機上,模具型腔數可以翻倍;缺點是兩種物料必須嚴格按順序注射,冷卻周期較長,導致整個注塑周期較長,另外對二次注塑的要求也會較高,調試成型掌握好的話可能會導致夾口不良或產生縮水披風。

       

      此工藝只適用于規則形狀的二次成型。

       

      機械手或人手移動放件

       

      第一次成型開模后由機械手或人手取出成品,移放至同一模具的二次型腔內,合模后進行二次成型。此過程所有的注塑單元都可以同步注塑。

       

      這種方式的優勢是模具成本較低,由于兩部分的模芯模腔可以完全獨立,對于成型結合硅橡膠LSR的工藝優勢明顯。而機械手或人手放件需要精密定位。

       

      此工藝只適用于結構簡單產品。

       

      模芯滑動

       

      第一次成型開模后模芯在液壓系統的推動下滑向另一邊,對準第二模腔,然后進行第二次成型。

       

      同步直接注塑

       

      合模后兩種材料同時注射入同一型腔。此工藝可能會產生兩種材料不均勻的熔接線,僅適用于對外觀要求不高的制品。

       

      旋轉疊模

       

      旋轉疊模模具技術是利用放置于注塑機底部的水平轉盤,第一次成型開模模具在水平轉盤的驅動下水平旋轉90度或180度,合模后在另一個模具分型面上進行二次成型。這是疊模 多物料模具的結合。由于兩次成型的模具合模投影面積重疊,所以在機臺鎖模力足夠的情況下,產能有可能翻一番,但是模具及設備昂貴。

       

      迪嘉國際可以提供獨立的水平轉盤及副射臺技術,可以降低此項技術的投資門檻。

       

      夾芯注塑技術

       

      注塑機的兩個注塑單元分別注塑外層材料及夾層材料。第一個射臺先將外層的材料注入模腔,到達預設的計量后,第二個射臺便將夾層材料填充入外層塑料之中,從而將整個型腔填滿,共塑成內外層不同材料的制品。

       

      以上所述各種多色多物料注塑的工藝為產品的“多色”設計及制造提供了有效的方法,而選用合適的工藝對于項目的成功至關重要。隨著工藝技術的發展,為多色塑膠制品的設計及生產提供越來越多創新的可能性。要選擇合適的多色多物料注塑成型工藝,必須綜合考慮包括產品設計、材料、注塑設備、模具設計,還有自動化及投資方案等因素。每種工藝都有其優勢及局限性,在實際應用中合適才是最重要。
      作者:中國塑料機械網 來源:李天然 迪嘉國際(香港)有限公司總經理
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