TPV注塑件、把手及二次成型件的设计
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在有些情况下, 要求一个部件具有多种特点 ,所以可能需要使用多种材料。这些部件可以采用双色注塑、双料注塑或共注塑技术来生产。另外还可采用嵌件注塑或二次成型 ,即两步注塑工艺来生产。注塑工艺被广泛采用的原因正是能生产多功能、多材料复杂部件。
将部件设计成整体上具有均匀壁厚的产品 ,这样可使整个部件有均匀的收缩率,从而减少翅曲和凹痕。表1以SantopreneTPV为例，列出了SantopreneTPV制品的推荐壁厚值, 图1显示了产品壁厚均匀的设计方法。
在某些情况下有可能需要产品的壁厚有变化 ,这种情况下推荐采取壁厚逐步渐增的设计方法, 从而减少部件的翅曲和凹痕。最大壁厚变化约为25%。
设置脱模斜角有利于产品脱模。脱模斜角的大小取决于部件的脱模深度,并应当考虑最终的使用条件。一般在模具模腔侧和中心销处设置脱模斜度 ,以便于在注塑周期的开模阶段进行产品脱模。脱模斜角的典型值示于表2。
凹槽是产品上的凹入部分, 会使产品难以或无法简单地从刚性两半模中取出。由于TPV的模量较低, 所以不需要特殊的芯和滑道也可能脱出带凹槽的产品。当然这还要取决于TPV的硬度以及凹槽的形状或尺寸。图2示出了各种凹槽的类型。在不使用特殊芯或滑道的情况下, 各种硬度TPV的最大凹槽深度示于表3。
加强筋的作用是在不增加壁厚的情况下提高部件的刚度和强度。厚断面处应设计成空心 ,采用加强筋来达到相同的刚度,在节省材料的同时缩短加工周期。加强筋、法兰和增强件的厚度应当为其所支撑断面厚度的50%。较高的加强筋可能需要设置约0.5°的脱模斜度,以便于脱模。图3示出了典型的加强筋设计。
尖锐的角部处会产生应力集中, 会使产品在使用过程中被破坏。合适的倒圆和倒角有助于降低应力集中, 还可为聚合物熔体提供流畅的流道 ,使部件易于脱膜。对于TPV,推荐的倒圆和倒角最小半径为0.5mm。而且内圆和外圆之间的壁厚应均匀。
采用活铰接可以使单个模塑件灵活地打开或闭合。它是一种动态结构,要求材料有较好的耐屈挠性能。采用恰当的设计,活铰接就可以方便地弯曲,并可以屈挠数百万次。活铰接的设计原则见图4。
TPV的表面网纹一般较粗糙, 但随着硬度的增加 ,光泽度会提高。为了使 TPV表面具有一定的光泽度,可能需要进行一些处理,如涂覆增滑涂料或喷漆 ,但这样做会改变TPV的表面性能。总之 ,最好是将表面设计成粗糙的外观。
可在TPV注塑件上增加一些表面网纹, 如采用化学蚀刻、电火花加工、喷砂或一般的机加工方法, 对模具表面进行处理。深度太大的网纹可能会干扰聚合物在模腔内的流动。而深度太浅的话, 由于TPV熔体的黏度较高, 网纹可能显露不出来。所以深度最好介于0.075～0.125 mm。注意 ,较软的品级需要采用较深的网纹 ,以获得最佳的效果;较硬的TPV可采用较小的脱模斜度 ,要视所用表面网纹的深度而定。而且在垂直的芯或模腔表面上增加花纹结构还可以防止模。
在大多数情况下, 注塑 TPV的模腔表面为SPE-SPI#B3,对应的表面粗糙度为0.0001 ～0.0002 mm。
经常会采用嵌件注塑或二次成型方法将弹性体部件模塑到其他材料上。最好的情况是基材和二次注塑材料之间形成化学结合 ,使两者之间形成内聚键。
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手感柔软的把手拥有众多优点, 所以在市场上愈来愈盛行。这些把手表面防滑, 可改善控制性能和安全性能。与硬把手相比, 软把手可减少振动, 具较高的精度、极好的舒适性, 并可降低疲劳感。由TPV制成的把手还更耐用和耐冲击。
设计把手有几个关键参数,即外观,人体接触面,力学性能。
在设计把手时, 美观是一个重要方面。产品的外观一般涉及颜色、表面光洁度、均匀性和表面花纹结构。将把手软的部分设计成与刚性部分不同的颜色,可以向人们传递高价值的感觉。
把手应根据人体形态特征来设计 ,其轮廓曲线和抓握厚度应与手相匹配。可以设计内指窝 ,从而可将手定位到所需的位置上。尽管在设计部件时采用了一定的造型 , 但由于壁厚的变化, 在制造成型时可能会存在问题 ,所以应当仔细考虑制品的易加工性。
将表面设计成具有较强的触感 , 从而赋予把手极好的手感。在把手受力较大的部位采用增大摩擦的设计。还可采用加强筋、沟槽或表面花纹来提高触感。 TPV应置于手掌和手指抓握的部分,或手腕与指尖与装置接触的部分。
对于抓握厚度,一般有3种抓握设计:
1)视觉柔软部件有一薄层软材料 ,由于其厚度一般小于1.5mm, 使用户总能感觉到基材。采用薄层时, 一般使用较高硬度 (60A～ 50D)的材料, 因为这样可以提高力学性能, 如耐磨性。
2)手感柔软的部件所用软质材料的硬度一般低于 60A,厚度大于 1.5mm。典型厚度为1.5 ～ 2.0mm。既可以感觉到软材料 , 也可以感觉到硬基材。这是最常用的类型 , 如图5所示。
3)抓握柔软的部件使用硬度40 ～ 60 A的材料, 厚度大于5 mm。
设计方式对把手的柔软感有很大的影响。由于固体材料是不可压缩的, 所以在压缩时需要留有空间来流动。可以通过设计凸起或底层加强筋, 来实现柔软手感。
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把手的结构强度主要取决于TPV所包覆的刚性基材, 与产品形状和基材的模量有关。把手的强度要与结构部件的力学性能匹配。TPV与基材的粘合强度也是影响部件力学性能的因素。
TPV与基材的粘合方法有很多种, 如果材料之间相容 , 则可采用熔体熔融粘合方法。(见表4相容材料之间的粘合)
如果基材与TPV不能熔融粘合, 则要设计机械锁定方法来形成牢固的结合,但其强度不会超过熔融粘合。可采用的方法有:搭扣配合, 用TPV包覆刚性结构 , 由流体通孔、凹口或沟槽连接。为了达到较大的粘合强度, 孔之间的距离应为10 ～ 15mm。对于通孔直径或凹口/沟槽宽度 ,其最大值为TPV厚度的一半, 如图6所示。
可以用凹口来固定未粘合的手柄 ,如图 7 所示。凹口可以将 TPV固定到位,而且TPV会收缩贴附到基材上。
在刚性基材上二次注塑TPV时, 模具必须在基材上紧密闭合, 在注塑过程中通过密封区域 (飞边 )阻止TPV流动。在设计部件时, 设置合模口是为了确保闭合的半模在基材上形成牢固的高压闭合腔。其功能是避免产生飞边 ,并适当地填充模腔, 在基材上进行二次注塑。所以 ,在把SantopreneTPV注入塑腔时 ,一些区域必然有高压闭合接触。部件结构简单时 ,合模口很容易设置,但对于复杂的三维结构,可能存在一些雕刻的形状,合模口较难设置。因此,在部件上要设计一些特殊细部结构 ,使模具能闭合到模腔的合模面上。
在刚性基材上进行TPV二次成型时一般采用3种合模口结构。这些合模口可用于二次注塑或嵌件注塑工艺。这3种结构是:
1)凹合模口;
2)紧配合模口 ;
3)双侧二次成型。
凹合模口示于图8, 其适用于复杂的接合线部件。
图9所示为采用这种合模口结构制取较厚橡胶层的方法。通过倒圆或倒角, 使过渡区的部件厚度平稳过渡。
紧配合模口设计示于图10,该设计一般用于结构较简单、基材较厚、合模口线不复杂的部件。
双侧二次成型合模口示于图11, 一般适用于平面和柔性表面部件。
三、TPV的应用
以上图片均来源于山东道恩高分子材料股份有限公司
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来源：西北橡胶塑料研究设计院 作者：王进文 艾邦高分子整理 转载请注明出处
第三届TPE技术与应用研讨会
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2015年8月21日9:00-17:00
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