- 高圧泡の射出成形
- Cellmould:機械概念
- 高圧泡の射出成形はどんな潜在性を提供しなければならないか。
- 動的金型焼戻しによる高光沢表面
- エラストマーは発泡にも適しています
- Wittmann Battenfeldの技術紙
軽量設計は、製造業界のすべてのセクターにますます浸透 この分野では、プラスチックは性能データと低い比重との良好な関係のおかげで重要な役割を果たしています。 しかし、それらの軽量性は、例えば発泡射出成形によって発泡させることによってさらに高めることができる。 この分野の先駆者の一人は、オーストリアの射出成形機メーカー Wittmann Battenfeldです。 従ってそのCellmouldの高圧プロセスは競争相手と比較してより少なく複雑で、より強いシステム技術とともに比較的優秀な性能パラメータを提供する。 それは100%の社内開発で、光沢度の高いを含む表面質の改善のための解決のようないくつかの新しく、革新的な適用のための基礎として、単一の形成された部 これらのソリューションは、バイエルンの技術会社Schaumformと協力して開発されています（図。 1).
図1.1.1.1: 光沢度の高い表面を持つ構造化された発泡部品は、オーストリアのWittmann Battenfeld、Kottingbrunn、ドイツのSchaumform、Hutthurmの共同開発プロジェクトの結果です
発泡射出成形技術は新し アゾジカルボンアミドやフェニルテトラゾールなどの化学物質をプラスチック粒状物にブレンドし、それを可塑化し、金型のキャビティに注入した後に推進剤ガスを放出する用途は、約50年間知られており、製造に使用されてきた。 これらの化学的に放出されたガスの膨張圧力は約15〜40バール以下であるため、それらの使用は、短い流路を有する比較的厚い壁の部分に限定される。
発泡射出成形の適用範囲をさらに広げるために、約40年前に不活性ガス、通常は窒素を添加して発泡することが開発されました。 主な利点は100から200棒の地域のより高い拡張圧力が窒素と達することができることである。 これは薄囲まれた部品のための泡の射出成形の軽量の設計潜在性の開発および長い流れ道が付いている部品を同様に可能にする。 軽量化に加えて、キャビティを充填するために必要な特定の射出圧力の低減、ひいてはクランプ力、および収縮および反り効果の補償が利点である。 両方のプロセスは、PPからPC、PA、PBTなどのエンジニアリングプラスチックまで、熱可塑性樹脂加工に使用されています。 最近の有望な開発は熱可塑性のエラストマーを含むために適用の分野をまた拡張することを向けます。
Cellmould:the machine concept
発泡射出成形ラインの本質的な仕事は、可塑化プロセス中にできるだけ均質に分散した一相ポリマー-ガス溶液を生成することです。 この目的のためにすべてのサプライヤーが使用する技術は非常に似ています。 それにもかかわらず、技術設計の詳細にはいくつかの違いがあります。 ディップ-イング(FH)Wittmann Battenfeldのアプリケーション技術責任者であるWolfgang Roth氏は、このように述べています: “前任者のBattenfeld Meinerzhagenで開発された技術で40年以上の実践的な経験は、私たちが構築するための強固な基盤を提供しました。 私たちの目標は、システムの複雑さを軽減すると同時に、アプリケーションの分野を拡大し、より信頼性の高いものにすることでした。 従って私達は標準的な注入の単位にできるだけ近く来るように私達のCellmouldの泡の注入の単位を設計した。 したがって、私達の機械は前部で5つのD混合セクションを加えることによって拡張された20のD標準的なねじによって作動する。”
Cellmouldの技術の特定のBattenfeldの特徴はねじで固定、円柱障壁によって提供されるねじの柔軟になることとガスの注入セクション間の分離である。 それは付加的な袖タイプの逆止弁の使用へ代わりである。 Wolfgang Roth氏は次のように付け加えています。「2つの逆止弁をすべてのケースで動作条件に合わせて調整し、フェイルセーフ(耐摩耗性)にすることで、より簡単な解決策を模索するようになりました。これは、最終的にはネジの可塑化部とガス注入部の間の障壁で発見されました。 この解決はすべての機械サイズのための生産で証明された。 このように、摩耗問題はねじの柔軟になるセクションの方にガス密度の重要な範囲に妥協しないで除去できます。”
可塑化ユニットの混合部では、計量ストローク中に注入器によって液化窒素（最大300バールで加圧される）がプラスチック溶融物に添加され、続いて溶融物に拡散する。 ねじの混合セクションでは、窒素の配分は多くの別の流れに溶解の流れを分けることによって激化します。”（Fig.2)バレルが柔軟になり、ガスの注入の間に型の方に針の切断弁によって閉鎖していた保たれるので、溶解およびガスの混合物は柔軟になる単位の中 その結果、混合プロセスの終わりまでに単相ポリマー／ガス溶液が達成される。 キャビティへの注入の間に、それはプラスチック溶解物のガスの容解性を減らす圧力減少に服従します。 微細に分散されたガスは、溶融物中に核を形成し、したがって、微細に分散された細胞と同じように発泡構造を形成するための成分を提供する。
変数記入項目およびプロセス制御は機械の制御システムによって直接もたらされる障壁の幾何学–neeedleの切断のノズル-逆止弁圧力計の注入器1–メーターで計2:単位を柔軟にするCellmould:その中心の部品はねじおよびそれに続く5Dガスの注入および混合の地帯を柔軟にする20のD3地帯が付いている25D ねじの2つの機能地帯は円柱保持リング（障壁）によって分かれています。
この構造の形成は、射出成形プロセスの特定の条件に依存する。 これらはプラスチック溶解の粘着性、注入の速度（より高い速度、より良い泡）および最終的に泡立つこと（物質的な減少）の前もって調整されたある程度 後者は、固定された空洞に対応する投与量を注入するか、または空洞を完全に充填し、その後、予め設定された高精度ストロークでそれを開くことによ 均一な泡の配分を支持する高い注入の速度に達するためには、注入蓄積装置はCellmould装置のパッケージの部分として供給される(Fig. 3a+3b)。
図1.1.1.3a&3b:Cellmouldライン部品は110のt機械モデルの例によってここに示されているWittmann Battenfeld機械の全体の範囲のために同一の構成で利用できる。 密集したガスのフロー制御モジュールによって接続されるガスの注入器はバレルの上に置かれる。
ガスインジェクタとガス流量制御モジュールに加えて、Cellmould機器パッケージには、マシン上の注入アキュムレータ（写真中央）と圧縮機ユニットと組み合わせた中央窒素発生器も含まれています。
窒素は、圧力シリンダーのバッテリーから引き出されるか、窒素発生器によって周囲の空気から抽出されます。 どちらの場合も、ガスはAirmouldのガスの注入ラインでも使用されるのような圧力発電機によってガスの注入器に続いて渡される。 Battenfeldライン概念の部分は複数の機械が1つのガス供給システムによって同時に供給することができることである(Fig.4). ガスの流れの調整装置は柔軟になる単位の圧力発電機とガスの注入器の間に置かれる。 制御可能な弁システムによって、ガスの流れはCellmouldソフトウェア（図によってプロセスと制御され、調整される。5). Cellmould装置のパッケージはWittmann Battenfeld機械の全体の有価証券のために利用できる。
図1.1.1.4:Cellmouldライン構成。 概念は圧縮機の単位を含む1つの中央窒素の発電機によってガスと供給される1つまたは複数の柔軟になる単位があるように設計されている。 Cellmouldソフトウェアによって制御される1つのガスの流れのコントローラーおよび1つのガスの注入器は各々の柔軟になる単位にバレルに液体窒素を計
図1.1.1.5:高い使いやすさとプロセスの透明性は、プロセス開発の最優先事項でした。 従って、すべてのプロセスパラメータは機械の制御システムによって置かれ、監視され、そして記録することができます。
高圧発泡射出成形はどのような可能性を提供しなければなりませんか？
金型キャビティ内では、冷却されたキャビティ壁との接触とその結果生じる粘度の増加により、溶融物の外殻における泡の形成が大きく抑制され、 このようにして、成形部品の主要部分に”サンドイッチ構造”が形成され、高密度の被覆層と、嵩密度が5-20％低いコア部分からなる（図。 6a+b）。
図1.1.1. 6a&6b:ここに3つのmmの壁厚さのPPから成っている収容の部品の例によって示されている密集した外貝および構成された泡の中心が付いている軽量
成形部品の密度低下の可能性は、一般的に入手可能なすべてのタイプのプラスチック材料の流路/肉厚比と直接相関しています。 例えば、ＰＰ加工では、１ ０ ０：１の比で１ ５％の密度低減を達成することができるが、１ ５ ０：１では１ ０％の密度低減のみが期待できる。
発泡射出成形は、軽量化とは別に、発泡コア内部の膨張圧力の均一な効果により、収縮や反りを中心とした成形部品の品質向上の可能性があります。 この効果は非常に強く、収縮によるシンクマークや反りを実質的に100％に排除することができ、全体の寸法精度が向上します。 また、溶融粘度と射出圧力の低下による必要なクランプ力の最大50パーセントの減少、冷却が必要な成形部品の質量の減少によるサイクルタイム、特に冷却時間の短縮による商業的な利点など、いくつかの重要なプロセス技術の利点も恩恵を受けることができます。
動的金型焼戻しによる高光沢面
フォーム射出成形プロセスによって提供されるパラメータのバリエーションのフルレンジを利用しているにもかかわらず、軽量部品は依然として共通の属性として表面に特徴的な線条または灰色の曇りを示している。 この表面効果は注入プロセスの間に溶解の流れの前部に突き通る気泡が原因である。 この構造はより涼しいキャビティ壁が付いている接触に入って来るときそれから凝固し、続いて変わらずに残る。 ハウジングの部品の視覚部分に要求されるような磨かれた表面を、標準的な技術と達成することができない。 しかし、例えば、Wittmann BattenfeldがBFMoldおよびVariomould technologyの形で提供するように、発泡射出成形と周期的で動的な金型焼戻しの組み合わせによって、表面品質の大幅な改善を達成 これらの変形は部品の輪郭に続き、熱く/冷たい温度調節器と周期的に作動する形成された部品の目に見える表面を改良するのに型で統合される冷却 このシステムはキャビティの近くの限られた型区域の温度を制御する。 例えば、ガス含有量の溶融物の注入直前に180℃まで加熱された加圧水でキャビティ壁を加熱することにより、材料は最初は冷たいキャビティ壁に接触しないため、凝固する前に閉じた表面が形成されることができる（図）。 7). このように、優秀な表面質を達成することができる密集したプラスチック部品のそれと同等である。 の比較部品な動的に冷却して明らかにした。 動的型の和らげることの効果が表面の質にいかに強く影響を与えることができるか8つのショー。”
図1.1.1.7:光沢度の高い表面が付いているPC/ABSブレンドからハウジングのパネルを作り出す動的variothermic冷却装置が付いている型。
図1.1.1.8:pc/ABSブレンドのなされる装飾的なパネル、右の活動的な動的冷却と、動的型の和らげることを活動化させないで製造された左で。
エラストマーは発泡にも適しています
発泡射出成形は、熱可塑性エラストマーにも拡張することができます。 ポリプロピレンやポリアミドなどの化学的および物理的な発泡によって良好な発泡構造を達成することができますが、私たちのテストシリーズは、ほ そして細胞の泡の構造、優良さおよび均等性の点では熱可塑性ポリエステルショーの受諾可能な結果に基づくTpeだけ。 テストは特に泡の射出成形が高精度の型の入り口と結合されればより柔らかいTPEの公式、より強く表面問題が泡立つことで示すことを示しました。 特にキャビティが磨かれる引くまた更に光沢度の高い磨かれるとき、表面は頻繁に多数の凹みを示します。 この現象についていくつかの異なる説明が提案されている。 一つは、キャビティが充填されている間に成形部品とキャビティ壁との間に空気が既に封入されており、逃げることができないことである。 別の仮定は高精度の開始がキャビティ壁からの泡の部品の分離をもたらし、キャビティ壁が付いている接触に再度入って来るとき拡大の泡の部品が、空気かプラスチックガスをある場所で囲み、それが凹みを引き起こすことである。”
テストシリーズは、硬質および固体の技術的な熱可塑性材料とは対照的に、TPE加工における表面の問題は、中-低注入速度を使用することによって大幅に 同様に肯定的な効果は、空洞壁を構造化することによって得ることができる。 織り目加工の、ビードの発破を掛けられるか、または粒状の表面は潜在的なガスか気泡が形成された部分とキャビティ壁間の接触表面のマイクロチャ
表面の線条については、エンジニアリングプラスチックを用いた発泡射出成形と同様の原則が一般的に適用される。 ここでの解決策は、可視側の輪郭の周りに動的テンパリングを使用することでもあります。 高精度の開口部を同時に適用すると、車両構造のアームレストなどの高品質の柔らかい泡の詰め物や、落下した損傷から保護する必要があるハンドヘルド家電用のショックアブソーバーを低コストで製造することができます。 これは、次の問題のいずれかの別のレポートでさらに議論されます。
幅広い用途のための革新的な金型-機械技術
革新的な金型技術が発泡射出成形において重要な役割を果たすことは、表面改善に関連して既に言及 発泡射出成形に特化した金型-機械技術のもう一つの分野は、射出成形機を介した部分的な金型開口システムであり、単一の射出成形部品で発泡部品と これは幾分密集した材料から、ホック、ばねまたはボルトのような成っている機能要素が泡立った材料から成っているパネルの部品と結合されな これを実現するためには、泡立つ打撃のまわりで泡立つべきキャビティの部分は移動可能にされる。 最初のステップでは、成形部品のためのキャビティ全体が、コンパクトな成形部品のために行われるように充填される。 続いて、高精度の打撃によって泡立つべき部分だけ開きます。 このように、パートナーの部品への複雑な機械インターフェイスが付いている収容の部品はまた軽量の設計で実現することができる。
機械的なキー値を確実に予測できる
高圧発泡射出成形部品は、コンパクトな被覆層と発泡コア層を有する特徴的なサンドイッチ構造を有する。 被覆層とコアとの間の境界線は比較的急峻である。 低厚さの成分では、コア層はコアの幅全体にわたって事実上一定の密度を有するが、総厚さが大きい場合には特徴的な密度プロファイルが存在する。 プロセス実施に選ばれるガスの注入のタイプとして密集したカバーの層の密度の同じように少し影響がある。 その結果、最も重要な設計パラメータは中心の部品および壁厚さのために設計されている密度の減少である。 これらは、測定結果によって明確に定義することができ、Schaumformの創設者であるNorbert Müller博士がコンポーネントの機械的属性を予測するための論文の一環として開
モデル計算に基づくプロセス設計
モデル計算の出発点は、対称サンドイッチ構造であり、わずかに単純化された用語では、コンパクトな材料の特定の材料値が被覆層に対して仮定される。 発泡コアについては，ｅモジュールと破壊ひずみ（延性材料の降伏ひずみ）について現実に近いキー値を仮定した。 発泡コアの挙動はサンドイッチ成分全体の挙動から導出され，被覆層の厚さが分かっていればよく機能する。 発泡したコアを部品から抽出し、その後機械的に試験する試験は可能ですが、強く散乱した測定結果につながり、非常に限られた意義しかありません。
理論と実践は一貫しています
剛性と強度をテストするための最適な方法は、射出成形構造化発泡シートから製造された標準的なテストロッド また、この選択が利用できなければ、4×10のmmの横断面の標準的なテスト棒（例えばキャンパスの張力棒）は使用することができる。 しかし、測定値を分析する際には、標準ロッドの幅10mmの被覆層がコンパクトであるだけでなく、深さ4mmの側面も考慮する必要があります。 その結果、泡立った標準的な張力棒はおよその小さい長方形の管（10×4つのmm）と対等である。 0.4から1.0mmの壁厚さおよび泡立った中心。
予想されるように、引張strain試験の評価は、発泡体の割合が増加するにつれて、それに応じて引張弾性率および引張強度が低下することを示している。 これは、部品にまだ含まれている材料の量だけが機械的応力に耐えることができるか、または耐荷重に寄与することができるという事実による。 そのため、発泡射出成形品は、同じ荷重に曝されるとより高い膨張速度を示し、より低い最大荷重下で破断する。 これに加えられてカバーの層の近くの泡細胞によって引き起こされるノッチを付ける効果はある。 測定結果は、引張強度の低下が常に少なくとも部品重量の減少に等しいことを定期的に示しています。 （図1）。9)
引張強さ(n/mm2)–シャルピー耐衝撃性(kJ/m2)–破壊ひずみ(%)–コンパクトPP
図。9:発泡の割合によるPP-SGS40の引張強度、耐衝撃性および破壊ひずみの変化（0、5、10、15％）)
引張強さ（N/mm2）–シャルピーの耐衝撃性（kJ/m2）–ひびの緊張（%）–密集したPP
曲がる負荷の下で、flexural抵抗およびflexural強さの絶対値はまた減ります。 しかしながら、サンドイッチ構造はこのタイプの荷重に対してはるかに耐性があるので、ここでの強度の損失は引張ひずみよりも有意に小さい。 曲げ抵抗は、部品重量よりも低い割合で低下します。 図10および図11では、例えば、発泡度が15%の場合、発泡しないコンパクトな部品に比べて重量に対する剛性が4.8%増加した、つまり、より軽量な剛性部品を実現することができることが文書化されている。
軸の指定-重量rel.
10:flexural抵抗、ハウジングの部品のための最も重要な属性の変更。 テストサンプルの重量に関連してflexural抵抗は5%の泡立つこととわずかにだけ泡立つ10%の密集した部分と等しい残り、密度の15%の減少との顕著な増加を示
測定された重量に対する曲げ抵抗
図。11: モデル計算（Schaumform）による重量関連の曲げ抵抗と10x7mmの断面を持つ射出成形曲げ棒の測定結果との比較は、優れた合同性に良いことを示しています。
概要
発泡射出成形技術は、軽量アプリケーションへの漸進的な増加傾向により、新たな革新的なブーストを受けています。 最も最近の技術革新は、高光沢の方向に表面品質を改善する方法だけでなく、単一の成形部品内の発泡セグメントとコンパクトの組み合わせに関す 最も重要な貢献は、動的な金型焼戻しから、金型全体またはキャビティセグメントの高精度な開口まで、プロセスおよび金型技術のさらなる発展に 現在一般に利用可能である証明されたモデル計算は部品の設計およびレイアウトの援助のための付加的な潜在性を提供する。 全体として、発泡射出成形プロセスは、したがって、射出成形による従来の処理と同様に高い成熟度に達している。 それは熱可塑性のエラストマーを含むプラスチックの絶えず成長する範囲のための精密で、反復可能な密度の減少そしてサンドイッチ構造を、提供