Materiaalcompatibiliteit bij spuitgieten van meerdere materialen:deskundige begeleiding bij overmolding- en two-shot-processen

Gepubliceerd op 24 november 2021

Oorspronkelijk gepubliceerd op fastradius.com op 24 november 2021

Multi-materiaal spuitgieten verwijst naar elk spuitgietproces waarbij twee of meer verschillende materialen tot één enkel, geïntegreerd kunststofonderdeel worden samengevoegd. De twee meest voorkomende technieken zijn overmolding en two-shot (double-shot) moulding.

Bij overmolding wordt eerst een stijf substraat gegoten uit een gekozen thermoplast. Dat substraat wordt vervolgens in een aparte overvormholte geplaatst, en gesmolten overvormmateriaal wordt geïnjecteerd om het substraat te omhullen of te bedekken. Bij afkoeling worden de twee polymeren chemisch of mechanisch gebonden, waardoor een onderdeel ontstaat met verbeterde sterkte en duurzaamheid. Hoewel de opstelling met twee gereedschappen de gereedschapskosten verhoogt, kan de eliminatie van stroomafwaartse assemblage de arbeids- en materiaalkosten gedurende de levenscyclus van het product dramatisch verlagen.

Met tweeschotsspuitgieten wordt een soortgelijk resultaat bereikt met één enkel gereedschap. Het eerste materiaal wordt geïnjecteerd om het substraat te vormen; Zodra het stolt, gaat de mal open en draait de tweede kamer 180° om het substraat in contact te brengen met het tweede materiaal. Vervolgens wordt het tweede polymeer geïnjecteerd, waardoor het aan de eerste laag wordt gehecht. Hoewel het ontwerp van het gereedschap complexer en duurder is, biedt two-shot-molding snellere cyclustijden en is het ideaal voor de productie van grote volumes, terwijl de handmatige overdracht van overmolding het geschikter maakt voor runs met een laag volume.

Materiaalcompatibiliteit – geworteld in chemische compatibiliteit – beschrijft hoe stabiel een polymeer blijft wanneer het wordt blootgesteld aan een ander. Incompatibele paren kunnen chemisch reageren, wat leidt tot holtes, verkleuring of zelfs catastrofaal falen. Voor polymeren die geen chemische binding kunnen vormen, wordt een positieve mechanische bevestiging of fysieke vergrendeling aanbevolen om de integriteit van de verbinding te behouden.

Belangrijke overwegingen bij de keuze van het spuitgietmateriaal

Een mismatch tussen twee harsen kan van alles tot gevolg hebben, van een aanhoudende geur in de productieruimte tot het kapot gaan van een explosief vat. Ingenieurs moeten daarom de harscombinaties zorgvuldig beoordelen en bevestigen dat er geen contra-indicaties zijn voordat ze een matrijsontwerp maken.

Vaak incompatibele combinaties zijn:

• Acetaal met PVC of CPVC
• Ionomeer met acetaal, PVC of CPVC
• TPV met acetaal, PVC of CPVC

Als dezelfde machinecilinder en dezelfde schroef worden gebruikt voor meerdere harsen, ongeacht hun compatibiliteit, is een grondige demontage en reiniging essentieel. Zelfs sporenresten van een niet-compatibele hars kunnen een reactie op gang brengen.

Hoe wrijving, adhesie en slijtage invloed hebben op spuitgieten uit meerdere materialen

Tribologie – de studie van wrijving en slijtage tussen bewegende oppervlakken – speelt een cruciale rol bij het ontwerpen van klik- of in elkaar grijpende componenten. Het selecteren van materialen met lage wrijving en hoge slijtvastheid, zoals HDPE of acetaal, helpt haken en ogen te voorkomen en verlengt de levensduur van onderdelen.

Ingenieurs kunnen ook metalen inzetstukken (brons of messing) gebruiken om slijtage te verminderen wanneer het plastic eromheen wordt gegoten. Mechanische binding via een positieve bevestigingsfunctie zorgt voor een robuuste verbinding, terwijl de lage slijtage-eigenschappen van het metaal de degradatie op de lange termijn beperken.

Ook al zorgen overmolding- en two-shot-processen voor chemische of mechanische bindingen, toch kunnen hechtingsproblemen optreden, vooral bij thermoplastische elastomeren (TPE). Dunne overlays (minder dan 1/16″) kunnen te snel afkoelen om goed te kunnen hechten, en onevenredige verhoudingen tussen lengte en dikte kunnen krullen of delaminatie bevorderen.

Overweeg de volgende strategieën om de hechting te verbeteren, ongeacht het type elastomeer:

• Ontwerp een abrupte overgang tussen het substraat en de overlay om dunner worden te voorkomen.
• Gebruik een afsluiting om een harde stop te creëren voor het gesmolten materiaal en om krullen of mogelijke scheurpunten te voorkomen.
• Zorg voor voldoende ventilatie in het gereedschap om te voorkomen dat er lucht vast komt te zitten tijdens het overgieten.
• Houd de inzetstukken en substraten schoon om een betere hechting te vergemakkelijken.
• Verwarm de inzetstukken voor om de hechtkracht te vergroten.

Master materiaalselectie voor spuitgietmatrijzen met SyBridge

Spuitgieten met meerdere materialen levert duurzame, geïntegreerde onderdelen op, maar het kiezen van de juiste polymeercombinaties vereist expertise op het gebied van chemie, tribologie en ontwerp. Een ervaren partner als SyBridge kan u begeleiden bij de materiaalkeuze, ontwerpoptimalisatie en productieplanning, waardoor betrouwbare verbindingen en onderdelen van hoge kwaliteit worden gegarandeerd.

Voor vragen over overmolding of compatibiliteit met tweeschotsmaterialen neem vandaag nog contact op met de ontwerpers van SyBridge . Met jarenlange ervaring helpen wij productteams de beste materialen te selecteren voor hun volgende project. Laten we samen iets buitengewoons creëren.