שיטות מתקדמות בייצור פלסטיק

במאמר הסברים על טכנולוגיות ייצור מתקדמות בהזרקת חומרים פלסטיים.

הזרקת פלסטיק עם סיוע גז –injection moldings with gas assistance

הזרקת פלסטיק בסיוע גז: הטכנולוגיה עוזרת להפחית כמות חומר גלם ונפוצה במוצרים עבים, מצמצת את סימני שקיעה בפני השטח הנוצרים בעקבות התכווצות חומר הגלם המתקרר.

הטכנולוגיה יעילה בדרך כלל במוצרים עבים כמו ידיות, כיסאות ושולחנות מאפשרת חופש עיצובי גדול יחסית במוצרים הכוללים חלקים נפחיים. ראשית מוזרק חומר גלם נוזלי לתבנית ואז מחדירים גז חנקן בלחץ גבוהה לתוך ליבת המוצר שעדיין חמה, הגז לוחץ את הפלסטיק לדפנות התבנית. החנקן שאינו דליק, מנוע הצתת הגז עקב התחממות מהלחץ., ניתן לבצע ניפוח באוויר  אך ייתכן שייווצרו סימני שריפה במוצר.

יתרונות הזרקה עם סיוע גז:

·הפחתה משמעותית בכמות חומר הגלם במוצר

·קיצור זמן הקירור של המוצר

·הפחתת סימני שקיעה במוצר כתוצאה מהתכווצות חומר הגלם בקירור. 

·הפחתת עיוותים מכיוון שהמוצר מתכווץ פחות

חסרונות של הזרקה בסיוע גז:

·דורש השקעה במערכת גז

·ניתן ליישום רק במוצרים בעלי עובי דופן גדול

·צורך ברכישת חנקן או הפרדה מהאויר באמצעות מערכת מתוחכמת

·לעיתים נוצרים אזורים רכים בשל עובי דופן דק ללא חיזוק מקומי.

תוספת הקצפה    Blowing injection molding

תוספי הקצפה - חומרים אשר מתאדים כשמוסיפים אותם, יוצרים בועות גז בחומר ומקציפים אותו. אלו מאפשרים יצירת מבנה א-מורפי של בועות בתוך המוצר. בכך מפחיתים את כמות חומר הגלם.  המבנה הא-מורפי משפר את הבידוד התרמי והאקוסטי של החומר ומגדיל את הקשיחות ביחס למה שהיה כחומר גלם, לפני ההזרקה.

תוסף ההקצפה קיימים כנוזל או מוצק והם נוספים לתערובת גרגירי הפלסטיק, כאשר הם מותכים בטמפרטורות200 -250 מעלות. ביחד חומר הגלם הוא מתנדף ויוצר בועות פלסטיק. כעקרון גם מים בתערובת הפלסטיק יכולים ליצור אפקט דומה. לכן כאשר המטרה היא ליצור מוצר דק ונקי מבועות, יש לייבש את גרגירי חומר הגלם היטב מלחות. כלל: יעילות ההקצפה עולה ככולשהמוצר עבה יותר. הקצפה של מוצר בעל עובי דופן של 3 מ"מ עשויה תחסוך בשיטה זו בין 3-5% מחומר הגלם כי בתעשיית מוצרי הצריכה לבית עובי דופן של 3 מ"מ ויותר אינו נפוץ. עלות התוסף המקציף תעלה יותר מאשר החיסכון בחומר גלם של 5% ולכן לא השיטה לא כדאית. במוצרים בעובי גדול יותר מ 3 מ"מ שיטה זו תהיה פשוטה ליישום ללא השקעה כספית גדולה ותחסוך בעלויות חומר הגלם.

יתרונות תוסף הקצפה:

·לא נדרשת השקעה גבוהה מאחר ולא נדרשת מכונה או רכיבים נוספים.

·הבידוד התרמי והאקוסטי של המוצר - משופר

·חומר הגלם מחוזק ומוקשח

·אפשרות עובי דופן גדול יותר ללא הוספת חומר גלם, עוביו של המוצר יהיה גדול יותר ובכך הערך הנתפס של המוצר יהיה גבוה יותר. כמוצר איכותי יותר בעל עובי דופן גדול.

·אין צורך בתוספת לתבנית ההזרקה ואין צורך בתכנון מיוחד של המוצר, ניתן יהיה להשתמש בטכניקה זו בכל מוצר ותבנית קיימת

חסרונות תוסף הקצפה :

· להצדקת עלויות ההקצפה, עובי הדופן המוצר חייב להיות לפחות 3 מ"מ בשביל לחסוך כ 5% בחומר הגלם

·פני שטח לא תמיד אחידים סימני קווים לבנים בכיוון זרימת החומר עקב מריחת בועות הגז על פני התבנית.

  Expansion molding הזרקה בתבנית מתרחבת

טכנולוגיה חדשה ועדיין ניסיונית, בה משולבת הקצפת פלסטיק יחד עם הרחבת התבנית לפני שפלסטיק מתקרר, בועות הגז שואפות להתרחב אבל חומר הגלם המוקצף כלוא בתוך התבנית אשר סגורה היטב. כאשר פלסטיק מוקצף מוזרק ללא התרחבות תבנית, הוא ממלא את כל חלל התבנית ובועות הגז נשארות קטנות כי הן כלואות תחת

לחץ רב. אבל אם אחרי הזרקת הפלסטיק מגדילים את עובי הדופן במוצר ע"י פתיחת התבנית

מעט ללא תוספת חומר גלם, מתאפשרת התרחבות בועות גז.

הדפנות החיצוניות של המוצר כבר קרות אבל הליבה עדיין נוזלית וממשיכה להתרחב. הרחבת התבנית מאפשרת הגדל עובי הדופן וחיזוק המוצר אך לא דורשת תוספת חומר גלם.

ההקפצה יוכלה להיות ע"י החדרת בועות חנקן או ע"י הוספת תוסף הקצפה.

בכתר פלסטיק ערכו ניסויים בהקצפה + הרחבת תבנית והתוצאות היו טובות, הלוח המורחב חזק יותר והמשקל כמעט זהה.נערך ניסוי זה גם על תבנית לוחית מרובעת ושטוחה. לא נערך ניסוי על מבנה תלת ממדי כמו קופסה. הבעיה במבנה כזה הוא תבנית מתרחבת בכיוון אחד כלומר: רק תחתית הקופסה מתרחבת.

לצורך פתרון – יש להשתמש בבוכנות הידראוליות וגם בעגלות צדדים שזזות בצורה אנכית לכיוון פתיחת התבנית ומאפשרות לצידי ההתך להתרחב.

בתבנית מתרחבת - הזרקה - יתרונות:

·ניתן להגדיל את עובי הדופן משמעותית

·כמויות גדולות של גז יוצרות קירור מהיר יותר

·מוצר שנתפס כאיכותי יותר כי הוא עבה יותר וללא תוספת חומר גלם

·שיפור בידוד תרמי ואקוסטי

·ניתן לייצר גם ללא השימוש בתבנית מתרחבת

תבנית מתרחבת – הזרקה – חסרונות:

·השקעה בעיצוב מיוחד של התבנית שתאפשר פתיחתה במספר כיוונים

·ייתכנו שקיעות במרכז משטחים גדולים

·פני השטח החיצוניים לא חלקים ויהיו עליהם סימני בועות גז בכיוון הזרימה

 Co-injectionהזרקה כפולה

טכנולוגיית הזרקה המאפשרת מוצר המורכב משני חומרים שונים. לדוגמה,  שני

חומרים בעלי קשיחות, צבע,ושקיפות שונים. קיימות שתי שיטות:

1) הזרקת החלק מהחומר הראשון, העברתו לתבנית שניה כאשר החלק ממלא חלק

מחלל התבנית ואז מזריקים את רכיב השני על הראשון.

2)  תבנית משתנה בין שלבי ההזרקה, בשלב הראשון החלל בתבנית קטן, ולאחר הזרקת הרכיב הראשון חלק בתבנית זז  ונוצר חלל, לתוכו מוזרק הרכיב השני.

טכנולוגיה שמצריכה מכונה מיוחדת בעלת שני ברגים שבכל אחד מהם עובר חומר גלם שונה

או מכונה בעלת בורג אחד ויחידה נוספת.

הזרקה כפולה - יתרונות:

·יצירת מוצרים מורכבים ללא עבודה ידנית

·מוצרים בעלי מספר צבעים, טקסטורות, שקיפויות וקשיחויות שונות

חסרונות של הזרקה כפולה:

·השקעה במכונות ותבניות

·זמן מחזור ייצור ארוך יותר

IML - הזרקה על גבי תווית In mold labeling

הזרקה על גבי תווית מאפשרת הזרקת מוצר לחלל התבנית בו נמצאת תווית העשוייה מאותו חומר הגלם של המוצר. הפלסטיק המותך מתיך מעט את התווית כך שהם יוצרים אדהסיה ולא ניתן להפרידם.

התווית מיוצרת באקסטרוזיה או בכל שיטה של ייצור גיליון פלסטיק. בשיטה זו, ניתן להעניק למוצר מגוון תצורות נראות וצבעים ואפילו להתחקות אחר חומר אחר. מוצרים מסוג זה נראים לעיתים ע"ג מוצרי צריכה כגון בקבוקים, קופסאות צבעויות והרבה מוצרי ילדים.

התוויות נחתכות באמצעות שטנץ בהתאם לפריסה.

היות ולמרבית מוצרי הפלסטיק ישנה זווית חליצה תמיד מתקבלת תווית בצורת קשת.

ייתרונות IML:

·ניתן להדפיס כל תמונה וצבע על מוצר פלסטיק

·כיסוי פגמים על המוצר

חסרונות IML:

·צריך לבצע התאמות בתבנית לתוצאה טובה

·צורך בזרוע רובוטית שתניח את התווית בתוך התבנית

·לתווית צורה לא ישרה הרי היא פריסה על פני שטחו של המוצר, בזמן החיתוך התווית ישנו הרבה פחת של חומר גלם.

Over molding - הזרקה על גבי רכיב אחר

בטכנולוגיה זו ניתן להזריק פלסטיק על גבי רכיב אחר, כמו בהזרקה הכפולה.

כאן, ניתן להכניס לתבנית מעין אינסרטים של חומרים שונים, לוא דוקא פלסטיים.

ישנםלמשל  גיליונות של חומרים שונים אשר נכבשו עם גיליונות של פלסטיק בשביל לאפשר זאת.  אפשר להזריק על גבי מתכת, הדבר מאפשר יצירה של תבריגים מדויקים במוצרי פלסטיק.

יתרונות :Over molding

·ורסטיליות חומרית במוצרי פלסטיק, אפשרות לחזק מוצרים, לייצר

 הברגות, ופני שטח מחומר שונה

חסרונות Over molding:

·צריך להתאים את התבנית ושל הרכיב עבור הטכנולוגיה זו, לפעמים, עלות הרכיב גבוהה מעלות המוצר.

 

Sandwich molding  - הזרקת סנדוויץ'

טכנולוגיה בה מוזרקים שני חומרים פלסטיים אחד מעל השני. שיטה זו

משלבת שני חומרים בעלי תכונות שונות. קודם תוזרק קליפה

דקה מחומר גלם אחד ולאחר מכן יוזרק החומר האחר לתוך הליבה הצמיגית של

המוצר. הטכנולוגיה דומה להזרקה בעזרת גז אבל במקום גז מוזרק חומר פלסטי.

טכנולוגיה זו נפוצה בעיקר במוצרים בשני צבעים כמו מברשות שיניים. כאשר מוזרק חומר שקוף המתקרר על דפנות התבנית. אח"כ מוזרק החומר הצבעוני דרך פתח אחר ודוחק את ליבת החומר הראשון לדפנות התבנית.

הזרקת סנדויץ' – יתרונות:

·ניתן לייצר מוצרים שני חומרים ליבה מחומר אחר או זול יותר

הזרקת סנדביץ' - חסרונות:

·השקעה במכונה עם שני ברגים

מיוסל / Mucell - טכנולוגיה להקצפת פלסטיק      

"מיוסל" הינה טכנולוגיה יחסית חדשה והיא פותחה על ידי חברת trexel האמריקאית. הטכנולוגיה כוללת הזרמת חנקן לתוך ההתך של הפלסטיק כאשר הוא עדיין בבורג באופן שווה ומבוקר ויכולה לחסוך כ- 20% מחומר הגלם לדברי היצרן . בועות גז קטנטנות מפחיתות ממשקלו של המוצר ומחזקות אותו בזכות מבנה מוקצף. פני השטח של המוצר מחוספסים וניתן לראות פסים לבנים בכיוון הזרימה - בועות גז שנמרחות על דפנות התבנית, לכן יש ליצור שכבה חיצונית מחומר בעל איכות פני שטח טובה בכדי להסתיר פגמים אלו.

פעמים רבות טכנולוגיה זו תייושם  במוצרים שאין בהם חשיבות לאיכות פני השטח כמו חלקים רכב פנימיים. בניגוד לתוספי ההקצפה, בועות הגז בטכנולוגיה זו, קטנות יותר וניתן לשלוט בכמות הגז באופן מבוקר יותר, כמו כן, בגלל גודלן הקטן של הבועות, ניתן להשתמש בטכנולוגיה זו במוצרים בעלי עובי דופן יחסית קטן.

המערכת מותקנת על המכונה והבורג של הקיים מוחלף בבורג אחר אשר מסוגל לעמוד בלחצי גז.  מיוסל משתמשת בגז חנקן. המשמעות היא שנצרכת אספקה קבועה של גז, לרבות רכישה של קומפרסור המפריד חנקן מהאוויר.

מיוסל יתרונות:

·חיסכון כ 20% בחומר הגלם = עלות נמוכה והפחתת משקל. במוצר בעובי דופן של 2 מ"מ ניתן לחסוך כ 10% חומר 

·בידוד תרמי, בידוד אקוסטי וחוזק מבני משופרים

·אפשרות לייצר מוצר בעל עובי דופן גדולה יותר ללא תוספת חומר, בכך, האיכות הוויזואלית עולה

·פני השטח בשימוש מיוסל טובים יותר כשמשתמשים בתוסף הקצפה

מיוסל חסרונות:

השקעת גבוהה בחלפים (תדירות גבוהה בהחלפת חלקים)

צורך באספקת חנקן

פני שטח טובים אך לא לא מושלמים.