- 고압 폼 사출 성형
- 셀 몰드:기계 개념
- 고압 폼 사출 성형은 어떤 잠재력을 제공해야합니까?
- 다이나믹 몰드 템퍼링을 통한 고광택 표면
- 엘라스토머는 또한 발포에 적합하다
- 비트만 바텐 펠트
경량 디자인은 제조 산업의 모든 분야에 점점 더 널리 퍼지고있는 추세입니다. 이 영역에서 플라스틱은 성능 데이터와 낮은 비중 사이의 유리한 관계 덕분에 중요한 역할을합니다. 그러나 그들의 경량 잠재력은 예를 들어 거품 사출 성형에 의해 발포에 의해 더욱 증가 될 수 있습니다. 이 분야의 개척자 중 하나는 오스트리아 사출 성형 기계 제조업체 비트만 바텐 펠트입니다. 셀몰드고압공정은 비교적 우수한 성능 파라미터와 경쟁사에 비해 덜 복잡하고 결과적으로 더 강력한 시스템 기술을 제공합니다. 이 제품은 100%자체 개발로 고광택 등 표면 품질 개선 솔루션,단일 성형 부품의 콤팩트와 발포 부품의 부분 조합 및 열가소성 엘라스토머의 발포와 같은 새롭고 혁신적인 응용 분야의 기초 역할을 합니다. 이러한 솔루션은 바이에른 기술 회사 샤움폼과 협력하여 개발되었다(그림. 1).
그림.1: 고광택 표면을 가진 구조화된 폼 부품은 오스트리아 코팅브룬의 비트만 바텐펠트와 독일 허투름 샤움폼의 공동 개발 프로젝트의 결과입니다.
폼 사출 성형 기술은 새로운 공정이 아닙니다. 아조디카본아마이드 또는 페닐 테트라졸과 같은 화학물질이 플라스틱 과립에 혼합되어가소화되는 응용 분야로서,주형의 공동 내로 주입된 후 추진제 가스를 방출하는 응용 분야는 약 50 년 동안 알려져 있고 생산에 사용되어왔다. 이러한 화학적으로 방출 된 가스의 팽창 압력은 약 15 내지 40 바 이하이므로,이들의 사용은 짧은 흐름 경로를 갖는 비교적 두꺼운 벽 부품으로 제한된다.
폼 사출 성형의 적용 범위를 더욱 확장하기 위해 약 40 년 전에 불활성 가스,일반적으로 질소를 첨가하여 발포합니다. 주요 이점은 100 에서 200 막대기의 지구에 있는 더 높은 확장 압력이 질소로 도달될 수 있다 입니다. 이것은 또한 긴 교류 경로를 가진 얇은 벽 성분 그리고 성분을 위한 거품 사출 성형에 있는 경량 디자인 잠재력의 착취를 가능하게 합니다. 중량 감소 외에도 장점은 캐비티를 채우는 데 필요한 특정 사출 압력의 감소와 결과적으로 클램핑 력,수축 및 휨 효과의 보상입니다. 두 공정 모두 열가소성 수지 가공에 사용됩니다. 가장 최근의 유망한 개발은 열가소성 엘라스토머를 포함하도록 응용 분야를 확장하는 것을 목표로합니다.
셀 몰드:기계 개념
폼 사출 성형 라인의 필수 과제는 가소 화 공정 중에 가능한 한 균질하게 분산 된 1 상 폴리머 가스 용액을 생성하는 것입니다. 이 목적을 위해 모든 공급 업체가 사용하는 기술은 매우 유사합니다. 그럼에도 불구하고 기술 설계의 세부 사항에 약간의 차이가 있습니다. 디플-잉볼프강 로스,비트만 바텐 펠트의 응용 기술의 머리는,이 방법을 넣습니다: “전임 회사인 바텐펠트에서 개발한 기술에 대한 40 년 이상의 실무 경험을 바탕으로 마이너자겐은 우리가 그 위에 건설할 수 있는 견고한 토대를 제공했습니다. 우리의 목표는 시스템의 복잡성을 줄이는 동시에 응용 분야를 확장하여보다 신뢰할 수있게 만드는 것이 었습니다. 따라서 우리는 표준 주입 장치에 가능한 한 가까이 와서 우리의 셀 몰드 폼 주입 장치를 설계했다. 따라서,우리의 기계는 5 일 혼합 섹션을 추가하여 전면에 확장 된 20 일 표준 스크류와 함께 작동합니다.”
셀몰드기술의 배튼펠트의 특징은 스크류의 가소 화와 가스 주입 섹션 사이의 분리입니다.이 섹션은 스크류의 고정 된 원통형 장벽에 의해 제공됩니다. 추가 슬리브 형 체크 밸브를 사용하는 대신 사용할 수 있습니다. 볼프강 로스 추가:”두 개의 체크 밸브를 모든 경우에 작동 조건에 맞게 조정하여 안전 장치(예:내마모성)를 만들기 위해 노력한 덕분에 우리는 더 간단한 솔루션을 찾게되었습니다.이 솔루션은 궁극적으로 스크류의 가소 화 및 가스 분사 섹션 사이의 장벽에서 발견되었습니다. 이 솔루션은 모든 기계 크기에 대한 생산에서 입증되었습니다. 이 방법으로,마모 문제는 스크류의 가소 화 섹션의 방향으로 가스 밀도에 상당한 정도로 타협 할 필요없이 제거 될 수있다.”
가소 화 장치의 혼합 섹션에서 액화 질소(최대 300 바 가압)는 계량 스트로크 중에 인젝터에 의해 플라스틱 용융물에 첨가되고 이후에 용융물로 확산됩니다. 나사의 섞는 단면도에서는,질소 배급은 많은 분리되는 현재로 용해 교류를 분할해서 강화됩니다.”(그림.2)배럴은 가소 화 및 가스 주입 중에 금형 방향으로 니들 차단 밸브에 의해 폐쇄 된 상태로 유지되기 때문에 용융 및 가스 혼합물은 가소 화 장치 내부의 압력 하에서 유지됩니다. 결과적으로,단상 중합체/가스 용액은 혼합 공정의 끝에 의해 달성된다. 공동 내로 주입하는 동안,그것은 플라스틱 용융물에서 가스의 용해도를 감소시키는 압력 감소를 받는다. 미세하게 분산 된 가스는 용융물에서 핵 생성되므로 미세하게 분산 된 세포와 마찬가지로 거품 구조를 형성하는 성분을 제공합니다.
매개 변수 입력 및 공정 제어는 기계의 제어 시스템을 통해 직접 수행됩니다 배리어 지오메트리-니들 차단 노즐-체크 밸브 압력 게이지 인젝터 1-계량 장치 인젝터 1
그림.2:셀 몰드 가소 화 장치:핵심 구성 요소는 20 차원 3 구역 가소 화 스크류와 후속 5 차원 가스 주입 및 혼합 구역이있는 25 차원 배럴입니다. 나사의 2 개의 기능적인 지역은 원통 모양 보유 반지(장벽)에 의해 분리됩니다.
이 구조의 형성은 사출 성형 공정의 특정 조건에 따라 달라집니다. 여기에는 플라스틱 용융물의 점도,사출 속도(속도가 높을수록 거품이 더 미세 함)및 마지막으로 미리 설정된 발포 정도(재료 감소)가 포함됩니다. 후자는 고정 된 캐비티에 해당 언더 토지를 주입하거나 캐비티를 완전히 채우고 미리 설정된 고정밀 스트로크로 개방하여 설정됩니다. 고른 거품 분포를 선호하는 높은 주입 속도에 도달하기 위해,주입 어큐뮬레이터는 셀 몰드 장비 패키지(그림 2)의 일부로서 공급된다. 3 에이+3 비).
그림.셀몰드라인 컴포넌트는 비트만 배튼펠트 머신의 전체 범위에 대해 동일한 구성으로 제공됩니다. 소형 가스 유량 제어 모듈과 연결된 가스 인젝터가 배럴 상단에 배치됩니다.
셀몰드 장비 패키지에는 가스 인젝터 및 가스 흐름 제어 모듈 외에도 기계에 분사 축 압기(사진 중앙)와 압축기 장치와 결합 된 중앙 질소 발생기가 포함되어 있습니다.
질소는 압력 실린더의 배터리로부터 추출되거나 질소 발생기에 의해 주변 공기로부터 추출된다. 두 경우 모두,가스는 에어 몰드 가스 분사 라인에서도 사용되는 것과 같은 압력 발생기를 통해 가스 인젝터로 전달된다. 배튼 펠트 라인 개념의 일부는 하나의 가스 공급 시스템(그림 2)에 의해 여러 대의 기계를 동시에 공급할 수 있다는 것입니다.4). 가스 유량 조절기는 가소 화 장치의 압력 발생기와 가스 인젝터 사이에 배치됩니다. 제어 가능한 밸브 시스템을 통해 가스 흐름은 셀 몰드 소프트웨어에 의해 프로세스와 제어되고 조정됩니다(그림 2).5). 셀몰드 장비 패키지는 비트만 바텐 펠트 기계의 전체 포트폴리오에 사용할 수 있습니다.
그림.4:셀 몰드 라인 구성. 이 개념은 압축기 장치를 포함한 하나의 중앙 질소 발생기에 의해 가스가 공급되는 하나 또는 여러 개의 가소 화 장치를 갖도록 설계되었습니다. 셀 몰드 소프트웨어에 의해 제어되는 하나의 가스 유량 컨트롤러와 하나의 가스 인젝터가 각 가소 화 장치에 연결되어 액체 질소를 배럴로 측정합니다.
그림.5:높은 사용자 편의성 및 프로세스 투명성은 프로세스 개발의 최우선 과제였습니다. 따라서 모든 공정 매개 변수는 기계의 제어 시스템을 통해 설정,모니터링 및 기록 될 수 있습니다.
고압 폼 사출 성형은 어떤 잠재력을 제공해야합니까?
몰드 캐비티 내부에서,용융물의 외피에서의 폼의 형성은 냉각 된 캐비티 벽과의 접촉 및 점도의 결과로 인해 크게 억제되고,더 뜨거운 코어 영역은 셀 구조의 형성을 선호한다. 이러한 방식으로,”샌드위치 구조”는 벌크 밀도가 5 내지 20%더 낮은 고밀도 및 코어 부분을 갖는 피복 층으로 구성된 성형 부품의 주요 부분에 형성된다(그림 1). 6 에이+비).
그림. 1618>6 비:소형 외부 쉘 및 구조화 된 폼 코어와 경량 플라스틱 부품,여기에 3 밀리미터 벽 두께와 피 피의로했다 하우징 부품의 예에 의해 도시.
성형 부품의 가능한 밀도 감소는 일반적으로 사용 가능한 모든 유형의 플라스틱 재료에 대한 유동 경로/벽 두께 비율과 직접적인 상관 관계를 보여줍니다. 예를 들어,폴리프로필렌 처리에서는 100:1 의 비율로 15%의 밀도 감소를 달성 할 수 있으며,150:1 에서는 10%의 밀도 감소 만 기대할 수 있습니다.
폼 사출 성형은 중량 감소 외에도 폼 코어 내부의 팽창 압력의 균일 한 효과로 인해 주로 수축 및 휨과 관련하여 성형 부품의 품질을 향상시킬 수있는 추가 잠재력을 제공합니다. 이 효과는 너무 강해서 수축으로 인한 싱크 마크 및 휨이 사실상 100%까지 제거되어 전체 치수 정확도를 높일 수 있습니다. 또한 프로세서는 용융 점도 및 결과적으로 사출 압력의 감소로 인해 필요한 클램핑력을 최대 50%까지 감소시키는 것과 같은 몇 가지 중요한 공정 기술 이점뿐만 아니라 냉각되어야 하는 성형 부품의 낮은 질량 덕분에 사이클 시간,특히 냉각 시간의 감소로 인한 상업적 이점도 누릴 수 있습니다.
다이나믹 몰드 템퍼링을 통한 고광택 표면
폼 사출 성형 공정에서 제공하는 모든 범위의 파라미터 변형을 활용함에도 불구하고 경량 부품은 여전히 표면에 특징적인 줄무늬 또는 회색 안개를 공통 속성으로 나타냅니다. 이 표면 효과는 주입 공정 중에 용융물의 흐름 전면으로 침투하는 가스 기포 때문입니다. 이 구조는 더 차가운 구멍 벽과의 접촉으로 올 때 그 때 고형화하고 연속적으로 변하지않게 남아 있습니다. 하우징 부품의 시각적 부분에 필요한 것과 같은 광택 표면은 표준 기술로는 얻을 수 없습니다. 그러나 폼 사출 성형과 주기적 다이나믹 몰드 템퍼링을 조합하여 표면 품질을 크게 향상시킬 수 있습니다. 이러한 변형은 금형에 통합 된 냉각 시스템을 사용하여 부품의 윤곽을 따라 성형 부품의 가시적 인 표면을 개선하고 고온/저온 온도 컨트롤러로 주기적으로 작동합니다. 이 시스템은 공동에 가까운 제한된 금형 영역의 온도를 제어합니다. 가스 함량으로 용융물을 주입하기 직전에 최대 180 까지 가열 된 가압 된 물로 캐비티 벽을 가열함으로써,재료는 처음에는 차가운 캐비티 벽과 접촉하지 않으므로 폐쇄 된 표면이 굳어지기 전에 형성 될 수 있습니다(그림 1).물(1). 7). 이 방법으로 우수한 표면 품질을 얻을 수 있으며 이는 소형 플라스틱 부품의 표면 품질과 동등합니다. 도 1 에 도시 된 바와 같이 동적 냉각이 있거나없는 부품 간의 비교. 8,동적 금형 템퍼링의 효과가 표면의 품질에 얼마나 강하게 영향을 미칠 수 있는지 보여줍니다.”
그림.7:고광택 표면과의 혼합에서 하우징 패널을 생산하는 동적 가변 열 냉각 시스템 금형.
그림.8:동적 금형 템퍼링을 활성화하지 않고 오른쪽에,활성 동적 냉각 제조 왼쪽에,컴퓨터/복근 혼합으로 만든 장식 패널.
엘라스토머는 또한 발포에 적합합니다
폼 사출 성형은 또한 열가소성 엘라스토머로 확장 될 수 있습니다. 좋은 거품 구조는 폴리프로필렌과 폴리아미드를 가진 육체적인 거품이 이는 뿐만 아니라 화학물질에 의해,예를 들면 달성되는 수 있는 동안,우리의 시험 시리즈는 티에티엘의 대부분의 유형이 육체적인 거품 사출 성형에 의해서만 거품이 일 수 있다는 것을 계시했습니다. 그리고 열가소성 폴리 에스테르를 기반으로 한 티페스 만이 폼 구조,셀의 섬세함 및 균일 성 측면에서 수용 가능한 결과를 보여줍니다. 특히 폼 사출 성형이 고정밀 금형 개방과 결합되면 표면 문제가 더 강하게 나타납니다. 특히 캐비티가 광택 처리되거나 고광택 광택 처리 된 경우 표면에 종종 수많은 움푹 들어간 곳이 나타납니다. 이 현상에 대해 몇 가지 다른 설명이 제안되었습니다. 하나는 캐비티가 채워지는 동안 성형 된 부품과 캐비티 벽 사이에 공기가 이미 밀폐되어 탈출 할 수 없다는 것입니다. 다른 가정은 고정밀 개방 공동 벽에서 거품 부분의 분리에 이르게,그리고 확장 거품 부분은,다시 공동 벽과 접촉 할 때,어떤 장소에서 공기 또는 플라스틱 가스를 둘러싸,이는 다음 찌그러짐이 발생.”
시험 시리즈는 경질 및 견고한 기술 열가소성 재료와 달리 중간에서 낮은 사출 속도를 사용하여 표면 문제를 크게 줄일 수 있음을 보여주었습니다. 캐비티 벽을 구조화함으로써 똑같이 긍정적 인 효과를 얻을 수 있습니다. 짜임새의,구슬 폭파하거나 나뭇결 표면은 어떤 잠재적인 가스 또는 기포든지 주조한 부분과 구멍 벽 사이 접촉면에 있는 마이크로 수로를 통해 도주하는 것을 허용합니다.
표면에 줄무늬에 관해서는,동일한 원리는 일반적으로 기술설계 플라스틱을 가진 거품 사출 성형에서 것과 같이 적용합니다. 여기에서,해결책은 또한 눈에 보이는 측의 윤곽선 주위에 동적인 부드럽게 하기 사용하기 위한 것입니다. 높 정밀도 오프닝이 동시에 적용되는 경우에,고품질 연약한 거품 패딩,예를 들면 차량 건축에 있는 팔 나머지를 위해,또는 떨어뜨려진 손상에서 보호되어야 하는 소형 기구를 위한 완충기는,저가에 생성할 수 있습니다. 이것은 다음 문제 중 하나에서 별도의 보고서에서 더 논의 될 것입니다.
광범위한 적용을 위한 혁신적인 금형 및 기계 기술로
표면 개선과 관련하여 이미 혁신적인 금형 기술이 폼 사출 성형에 중요한 역할을 한다고 언급되어 왔습니다. 폼 사출 성형에 특별히 적합한 금형 및 기계 기술의 또 다른 영역은 사출 성형기를 통한 부분 금형 개방 시스템으로,단일 사출 성형 부품에서 소형 및 발포 부품을 조합 할 수 있습니다. 이것은 후크,스프링 또는 볼트와 같이 다소 컴팩트 한 재료로 만들어진 기능 요소가 발포 재료로 만들어진 패널 구성 요소와 결합되어야 할 때마다 필요합니다. 이를 실현하기 위해,발포 스트로크 주위에 발포 될 캐비티의 일부가 가동된다. 제 1 단계에서,성형된 부분을 위한 전체 공동은 콤팩트 성형된 부분을 위해 행해진 대로 채워진다. 그 후,발포 할 부분 만 고정밀 스트로크에 의해 개방된다. 이러한 방식으로,파트너 구성 요소에 대한 복잡한 기계적 인터페이스가있는 하우징 구성 요소도 경량 설계로 실현 될 수 있습니다.
기계적 키 값을 안정적으로 예측할 수 있습니다
고압 발포 사출 성형 부품은 컴팩트 한 커버링 층과 발포 코어 층을 갖는 특징적인 샌드위치 구조를 가지고 있습니다. 덮음 층과 핵심 사이 경계선은 상대적으로 갑작스러운 입니다. 낮은 두께의 구성 요소에서,코어 층은 코어의 전체 폭에 걸쳐 거의 일정한 밀도를 갖는 반면,큰 총 두께의 경우 특성 밀도 프로파일이 존재한다. 프로세스 구현은 선택한 가스 주입 유형만큼 컴팩트 커버링 층의 밀도에 거의 영향을 미치지 않습니다. 결과적으로 가장 중요한 설계 매개 변수는 코어 부품 및 벽 두께를 위해 설계된 밀도 감소입니다. 이러한 측정 결과에 의해 명확하게 정의 될 수 있으며,구성 요소의 기계적 특성을 예측하기 위해 그의 논문의 일환으로 샤움폼의 창시자 노버트 엠
모델 계산을 기반으로 한 공정 설계
모델 계산의 시작점은 대칭 샌드위치 구조이며,이 구조에서는 약간 단순화 된 용어로 커버 레이어에 대해 소형 재료의 특정 재료 값이 가정됩니다. 발포 코어의 경우 모듈 및 파단 변형률(연성 재료의 항복 변형률)에 대해 현실에 가까운 키 값이 가정됩니다. 발포 코어의 거동은 전체 샌드위치 구성 요소의 거동에서 파생되며,이는 커버링 층의 두께가 알려진 경우 잘 작동합니다. 발포 코어가 구성 요소에서 추출되어 기계적으로 테스트되는 테스트는 가능하지만,측정 결과가 강하게 분산되어 결과적으로 매우 제한적인 의미를 갖습니다.
이론과 실습이 일관된
강성과 강도를 테스트하는 최적의 방법은 사출 성형 구조화 된 폼 시트에서 생산 된 표준 테스트로드를 사용하는 것입니다. 또는 이 옵션을 사용할 수 없는 경우 단면이 4 개인 표준 테스트 로드(예:캠퍼스 텐션 로드)를 사용할 수 있습니다. 그러나 측정 값을 분석할 때는 표준 로드의 10 밀리미터 폭 커버 레이어가 콤팩트할 뿐만 아니라 4 밀리미터 깊이 측면 표면도 고려해야 합니다. 따라서 발포 표준 장력 막대는 작은 직사각형 튜브(10 엑스 4 밀리미터)와 비슷합니다. 0.4 1.0 미리메터 벽 두께 및 발포 코어.
예상 할 수 있듯이 인장 변형 시험의 평가는 발포체의 비율이 증가함에 따라 인장 탄성 계수 및 인장 강도가 그에 따라 감소 함을 보여줍니다. 이는 구성 요소에 여전히 포함 된 재료의 양만 기계적 응력을 견딜 수 있거나 하중 베어링에 기여할 수 있기 때문입니다. 따라서 발포 사출 성형 제품은 동일한 부하에 노출 될 때 더 높은 팽창률을 나타내며 더 낮은 최대 부하 하에서 파손됩니다. 여기에 추가 된 것은 덮개 층에 가까운 거품 셀로 인한 노칭 효과입니다. 측정 결과는 인장 강도의 감소가 적어도 부품 중량의 감소와 동일하다는 것을 정기적으로 보여줍니다. (그림.9)
tensile strength(N/mm2)–샤르피 충격 저항(kJ/m2)–골절을 변형(%)–컴팩트한 PP
Fig.9:발포 비율(0,5,10,15%)에 따라 인장 강도,내 충격성 및 파단 변형률 변화)
굽힘 하중에서는 굴곡 저항과 굴곡 강도의 절대 값도 감소합니다. 그러나 샌드위치 구조는 이러한 유형의 하중에 훨씬 더 저항력이 있기 때문에 여기서 강도 손실은 인장 변형률보다 훨씬 적습니다. 굴곡 저항은 부품 무게보다 낮은 비율로 떨어집니다. 도 10 및 도 11 에서는,예를 들어,발포 정도가 15%인 경우,중량 관련 강성이 폼이 없는 콤팩트 부품에 비해 4.8%증가하거나,즉,더 낮은 중량으로 강성 부품을 실현할 수 있다는 것이 문서화된다.
축 지정–무게 렐. 강성-잔류 중량
도.10:굴곡 저항의 변화,하우징 구성 요소에 대한 가장 중요한 특성. 테스트 샘플의 중량과 관련하여 굴곡 저항은 5%발포시 약간 감소하는 반면,10%발포시 소형 부품과 동일하게 유지되며 밀도가 15%감소하면 눈에 띄게 증가합니다.
측정 된 무게에 대한 굴곡 저항
도.11: 모델 계산(샤움폼)에 따른 중량 관련 굴곡 저항과 단면이 7 밀리미터 인 사출 성형 벤딩로드의 측정 결과를 비교하면 합동성이 우수하고 적합성이 우수합니다.
요약
폼 사출 성형 기술은 경량 응용 분야에 대한 점진적으로 증가하는 추세로 인해 새로운 혁신적인 향상을 받았습니다. 가장 최근의 혁신은 고광택 방향으로 표면 품질을 향상시키는 방법과 단일 성형 부품의 소형 및 발포 세그먼트의 조합에 관한 것입니다. 가장 중요한 기여는 동적 금형 템퍼링에서 전체 금형 또는 캐비티 세그먼트를 하나 또는 여러 단계로 고정밀 개방하는 데 이르기까지 프로세스 및 금형 기술의 추가 개발에 의해 이루어졌습니다. 이제 일반적으로 사용 가능한 입증 된 모델 계산은 부품 설계 및 레이아웃에 대한 추가 지원을 제공합니다. 따라서 폼 사출 성형 공정은 사출 성형에 의한 종래의 가공과 유사하게 높은 성숙도에 도달했습니다. 그것은 열가소성 탄성 중합체를 포함하여 소성 물질의 끊임없이 성장하는 범위를 위한 정확한,반복 가능 조밀도 감소 그리고 샌드위치 구조를,전달합니다.