درک سختی ساحلی: راهنمایی برای قالب‌گیری روی سیلیکون و TPE

در چشم انداز معاصر طراحی و تولید محصول،رابط بین کاربر و ماشین فراتر از عملکرد ساده است تا به یک عنصر تعیین کننده هویت برند و تجربه کاربر تبدیل شوداین تحول به طور قابل مشاهده ای در پذیرش گسترده سطوح "لمس نرم" نشان داده شده است، رابط های ارگونومیکی و لمسی که کیفیت، ایمنی و راحتی را برقراری ارتباط می کنند.در قلب این انقلاب تولیدی، فرآیند قالب گذاری بیش از حد است، یک تکنیک پیچیده تزریق است که در آن یک ماده لاستومری نرم به صورت شیمیایی یا مکانیکی به یک زیربنای سفت متصل می شود.مهر و موم سازگار با زیست محیطی یک دستگاه پزشکی، یا گسیخت ضد آب یک دستگاه الکترونیکی مصرفی، موفقیت این قطعات به درک دقیق سختی مواد بستگی دارد.

برای تولید کنندگان و مهندسان، به ویژه کسانی که از توانایی های رهبران صنعت مانند HYM پلاستیک استفاده می کنند،متريک "سختي خشکي" به عنوان زبان مشترکي براي ترجمه خواسته هاي شخصي و لمسي به مشخصات مهندسي عيني عمل ميکنه.¹با این حال، سختی ساحل بسیار بیشتر از یک عدد ساده است که بر روی یک صفحه داده مواد چاپ شده است؛ این یک خاصیت پیچیدگی است که پارامترهای پردازش، مقاومت در برابر لباس، اثربخشی مهر و موم،و مکانیسم اساسی چسبندگی.

این گزارش جامع تجزیه و تحلیل کامل سختی ساحل را در زمینهقالب گذاری تزریق لاستیکوشکل گیری بیش از حد سیلیکونبا استفاده از مهارت هاي فني کارخانه توليد شيمن HYM پلاستيک که تخصصي در قالب گيري چند ماده با دقت بالا استتفاوت های رئولوژیکی بین استومرهای ترموپلاستیک (TPE) و لاستیک سیلیکون مایع (LSR)، و دستورالعمل های طراحی پیچیده مورد نیاز برای دستیابی به پیوندهای قوی و بدون لایه بندی. با ترکیب علم پلیمری نظری با واقعیت های عملی کارخانه،هدف این راهنما توانمندسازی مهندسان برای بهینه سازی طرح های خود برای قابلیت تولید است، اطمینان حاصل شود که محصول نهایی با خواسته های سختگیرانه خودرو، پزشکی و کاربردهای صنعتی مطابقت دارد.

برای استفاده موثرسختی ساحل TPEدر طراحی، ابتدا باید فیزیک اساسی چگونگی تعریف و اندازه گیری سختی در مواد پلیمری را درک کنیم. بر خلاف فلزات،جایی که سختی اغلب یک پیش بینی کننده ای استاتیک از قدرت کششی و مقاومت در برابر خراش است، سختی استالستومرها یک پاسخ پویا و وابسته به زمان به فشار اعمال شده است.

پلیمرها، از جمله TPE ها و سیلیکون های مورد استفاده درقالب زدن نرماین بدان معنی است که آنها دارای ویژگی های مایعات چسبناک و جامد الاستیک هستند. هنگامی که یک نیروی بر روی یک الاستومر اعمال می شود،زنجیره های پلیمر را باز کنید و کشش دهید (پاسخ لاستیک)، اما آنها همچنین از یکدیگر عبور می کنند (جریان چسبناک). این دوگانگی پدیده ای را به نام "زولف" یا آرامش استرس ایجاد می کند.

هنگامی که یک درومتر در یک نمونه لاستیک فشار داده می شود، مواد در ابتدا با یک نیروی خاص مقاومت می کنند.زنجیره های پلیمری به آرامی تغییر شکل می دهند تا فشار را پذیرند.این دلیل آن است که استانداردهای ASTM D2240 و ISO 868 زمان های دقیق اقامت را برای قراءات مشخص می کنند.³یک مطالعه که بلافاصله گرفته می شود ممکن است "Shore 60A" باشد، در حالی که مطالعه ای که پس از یک اقامت 15 ثانیه ای گرفته شده است ممکن است به "Shore 55A" کاهش یابد.درک این آرامش بسیار مهم استیک مهر که بیش از حد در طول زمان آرام می شود، مجموعه فشرده سازی خود را از دست می دهد و نمی تواند از ورود مایع جلوگیری کند.

طیف گسترده ای از سفتی پلیمری، از نرمگی ژلاتینی کفش تا سفتی ساختاری کلاه سخت، نمی تواند با یک مقیاس دقیق اندازه گیری شود.سیستم سختی ساحلبنابراین، مقیاس های متعددی را به کار می گیرد که هر کدام از آنها از هندسه ای خاص و نیروی بهار برای هدف قرار دادن طیف وسیعی از مواد استفاده می کنند.

ترازو ساحلی است که اسب کار ازقالب گذاری تزریق لاستیکاین دستگاه برای اندازه گیری لاستومرهای نرم تا نیمه سخت طراحی شده است که اکثریت زیادی از کاربردهای قالب بندی TPE و سیلیکون را پوشش می دهد.⁵

• هندسه ورودی:دورومتر Shore A از یک مخروط کوتاه با زاویه 35 درجه و قطر نوک صاف 0.79 میلی متر استفاده می کند.³این نوک تند مانع از سوراخ کردن مواد نرم می شود و به آن اجازه می دهد تا مقاومت در برابر تغییر شکل فشرده را بجای مقاومت در سوراخ اندازه گیری کند.

• نیروی بهار:دستگاه نیرویی را به اندازه ۸٫۰۶ نیوتن (۸۲۲ گرم) اعمال می کند.⁵

• دامنه کاربرد:این مقیاس برای مواد از نوارهای لاستیکی نرم (Shore 20A) تا لاستیک خودرو (Shore 60A) و چرخ های سخت اسکت (Shore 90A) مناسب است.⁷در زمینه تولید HYM Plastic، Shore A معیار اصلی برای مشخص کردن دسته های نرم لمس در دستگاه های دستی و مهر و موم انعطاف پذیر در مجمع های پزشکی است.⁹

به عنوان مواد سخت تر می شوند، Shore A تندتر دیگر به اندازه کافی نفوذ نمی کند تا یک رزولوشن قابل خواندن را فراهم کند. مقیاس Shore D برای این سخت تر معرفی شده است،پلاستیک های نیمه سخت تا سخت، مانند پلی پروپیلن (PP) یا زیربناهای ABS که اغلب به عنوان لایه پایه در قالب گیری استفاده می شود.⁵

• هندسه ورودی:دنده Shore D یک نقطه تیز است، یک مخروط 30 درجه با شعاع نوک کاملا کروی فقط 0.1 میلی متر است.³این تیز بودن به آن اجازه می دهد تا استرس را متمرکز کند و به ترموپلاستیک های سخت نفوذ کند.

• نیروی بهار:برای غلبه بر ماژول پلاستیک های سفت، دورومتر Shore D نیروی قابل توجهی بالاتر از حدود 44.5 نیوتن (4536 g) را اعمال می کند.⁵

• دامنه کاربرد:این مقیاس پلاستیک های ساختاری مانند کلاه های سخت، لوله های PVC و محفظه های سخت دستگاه های الکترونیکی را اندازه گیری می کند.¹¹در حالی که بیش از حد قالبپوستمعمولا ساحل A،زیربنایتقریبا همیشه Shore D است، و تعامل بین این دو سختی متمایز جایی است که چالش مهندسی در آن نهفته است.

در انتهای متضاد طیف ژل های فوق نرم، فوم ها و لاستیک های سلولی قرار دارند. این مواد آنقدر سازگار هستند که نیروی بهار یک دورومتر شور A آنها را کاملا فشرده می کند،که نمره "0" بی فایده را نشان می دهد.برای اندازه گیری این مواد ظریف، مقیاس Shore OO از یک درخشنده کروی و نیروی بسیار کم بهار (~ 1.11 N) استفاده می کند.¹¹در حالی که کمتر در قالب گذاری ساختاری استفاده می شود، مواد Shore OO گاهی اوقات در کاربردهای مخصوص کمد استفاده می شود که در آن جذب شوک عملکرد اصلی است.

یک منبع مکرر سردرگمی در انتخاب مواد، همپوشانی بین مقیاس ها است. مقیاس ها پیوسته نیستند؛ بلکه آنها نشان دهنده پرسش های مختلف استرس-توجه مواد هستند.ماده ای که به عنوان Shore 95A ثبت می شود اساساً همان سختی را اندازه گیری می کند که یک ماده ثبت شده به عنوان Shore 45D.¹¹

با این حال، تکیه بر نمودارهای تبدیل می تواند برای کاربردهای حیاتی خطرناک باشد.در حالی که تکه ای از Shore A باعث فشرده سازی لاستیکی می شود.برای یک مشخصات مهندسی دقیق، به ویژه هنگامی که با نیازهای دقیق مشتری مانند HYM Plastic برخورد می شود، مقیاس باید به طور صریح بیان شود.فقط گفتن "سختي 50" کافي نيستبرای جلوگیری از خطاهای تولیدی فاجعه بار باید "Shore 50A" یا "Shore 50D" مشخص شود.

جدول ۱: تجزیه و تحلیل مقایسه ای از مقیاس سختی ساحل

انتخاب ماده ی بیش از حد قالب گیری تنها مهمترین تصمیم در فرآیند توسعه ی محصول است.در حالی که هر دو TPE و سیلیکون می توانند برای دستیابی به مقادیر یکسان سختی ساحل (eHYM Plastic قابلیت های خود را در هر دو زمینه ارائه می دهد.شکل گیری بیش از حد سیلیکونو تزریق TPE، اجازه می دهد تا یک ارزیابی بی طرفانه بر اساس نیازهای درخواست انجام شود.¹

TPE ها یک کلاس از کوپلیمرها یا مخلوط های فیزیکی پلیمرها را نشان می دهند که خواص مکانیکی لاستیک ترموستات را با قابلیت پردازش ترموپلاستیک ترکیب می کنند.اين رفتار منحصر به فرد از مورفولوژي جدا شده فازي آنها مشتق شده است.

TPE ها به طور معمول از بخش های "سخت" (مجال های بلوری) و بخش های "نرم" (مجال های بی شکل) تشکیل شده اند. بخش های سخت به عنوان پیوندهای متقاطع فیزیکی در دمای اتاق عمل می کنند.که قدرت و تعیین سختی ساحل را فراهم می کند.بخش های نرم انعطاف پذیری و انعطاف پذیری را فراهم می کنند.⁶با تنظیم نسبت قطعات سخت به نرم در طول پلیمر سازی، تولید کنندگان می توانند با دقتسختی ساحل TPEاز یک ژل مانند Shore 20A به یک Shore سخت 70D.⁶

مزیت اصلی TPE درقالب گذاری تزریق لاستیکبرخلاف لاستیک ترموستات، که تحت واکنش شیمیایی برگشت ناپذیر (وولکاناسیون) قرار می گیرد، TPE ها در هنگام خنک شدن فقط یخ می زنند و در هنگام گرم شدن ذوب می شوند.

• زمان چرخه:از آنجا که در داخل قالب نیازی به مدت سختی نیست، چرخه های TPE به طور کلی سریعتر هستند، تنها با سرعت خنک شدن بخش محدود می شوند.

• قابلیت بازیافت:اسپروها، رانرها و قطعات معیوب می توانند دوباره خرد و با مواد تازه مخلوط شوند،به طور قابل توجهی کاهش ضایعات مواد و هزینه یک عامل کلیدی برای تولید حجم بالا در تاسیسات مانند HYM پلاستیک.¹⁶

• پيوند:TPE ها در مواد شیمیایی مختلف (Styrene، Olefinic، Urethane) موجود هستند که می توانند برای پیوند شیمیایی طبیعی با بستر مطابقت داشته باشند.یک TPE-S (استیرنیک) به طور طبیعی به پلی پروپیلن (PP) بدون نیاز به چسب متصل می شود.¹⁷

LSR یک ماده ترموستات دو جزء است که به طور معمول بر اساس یک ستون فقرات سیلوکسان (تناوب اتم های سیلیکون و اکسیژن) است. این ماده به عنوان بخش A و بخش B عرضه می شود که در یک ترکیب مخلوط شده است:1 نسبت بلافاصله قبل از تزریق.

پیوند Si-O به طور قابل توجهی قوی تر و پایدارتر از پیوند C-C در TPE است. این باعث می شود که سیلیکون مقاومت استثنایی در برابر دماهای شدید (- 60 ° C تا + 250 ° C) ، اشعه UV، اوزون،و حمله شیمیایی.¹⁹در حالی که یک چسب TPE ممکن است نرم شود و اگر در تابستان بر روی داشبورد ماشین باقی بماند، چسب LSR بدون تغییر باقی خواهد ماند.

LSR تحت هیدروسیلیاسیون کاتالیزه شده پلاتین قرار می گیرد، که یک واکنش متقابل برگشت ناپذیر است. این امر نیاز به گرم کردن قالب (اغلب 150 درجه سانتیگراد تا 200 درجه سانتیگراد) برای تسریع در سفت شدن دارد.این تفاوت اساسی در پردازش قالب گرم برای LSR در مقابل قالب سرد برای TPE نیاز به تخصص دارد.ابزار تزریق LSRو ماشین آلات، توانایی ای که تولید کنندگان پیشرفته مانند HYM Plastic را متمایز می کند.¹⁴

LSR به طور ذاتی بی اثر و سازگار با زیست است، و این باعث می شود که آن را به عنوان ماده مورد انتخاب برای دستگاه های پزشکی و کاربردهای تماس با مواد غذایی انتخاب شود.آن را به راحتی از بسیاری از فرمول های TPE برآورده می کند.تخصص HYM Plastic در مورد پوسته های دستگاه های پزشکی نشان دهنده توانایی قوی در استفاده از این خواص برای مشتریان مراقبت های بهداشتی است.¹

در هنگام انتخاب بین TPE و LSR برای یکقالب زدن نرمپروژه، عوامل زیر باید در نظر گرفته شوند: