[专题]挖掘多材料注塑的优点

随着原始设备制造商对增值、产品差别化以及成本降低等方面的要求日益增高，多材料注塑技术正日益受到青睐。而多色、软触二次注塑产品在消费者、汽车、包装以及其它市场中的广泛应用又刺激了这一技术的进一步发展。





这一技术在各种新领域中不断演变发展。最新发展趋势有尺寸更大的零件和机器、具有4到6个滚筒的机器、热塑/热固组合、可实现模内装配的复杂多面加工，以及多种材料与气体辅助注塑的组合。





很多注塑工艺都被称为多材料加工技术。本文中多材料注塑技术指的是以下几种注塑技术：




共注塑或夹层注塑 － 将两种材料注射到模腔中，其中一种材料形成表皮，另一种材料形成芯。





二次注塑 － 通常一种材料作为基底成分，而另一种材料形成表皮或表皮的优选部分。





多成分注塑 － 不同成分依次注塑。例如不同颜色的同类材料或不同材料，如先注入硬制基底，然后注入热塑弹性体，即可产生“软触”效果。







多材料注塑可通过多种方式实现。最简单的工艺是在一台单材料机器中注塑第一种成分，然后在注入第二种材料前将该成分嵌入另一个模具中。典型的多材料注塑工艺是在同一台机器上采用两个或多个注射装置。模腔依次注满。第一个模腔一注满，就可使模具或机器压板转换角度或使其旋转，或移动滑板，以使下一种材料能够注入模具。





多材料注塑技术上个世纪60年代诞生于欧洲，并在某些领域应用了多年。1975年，德国Battenfeld有限公司开发出了共注塑技术并投入生产。因此，该技术在欧洲的应用比在世界其它地方广泛得多。不过近些年来北美和亚洲的很多模塑商也已越来越多地采用了这一技术。

多材料注塑技术的优点：




产品性能提高（模铸式垫圈、软触手柄、降低振动）


产品差别化（防滑外壳、两色仪表板）


美观（多种颜色、软触效果）


材料优化


降低产品成本（零件数目较少，搬运、装配工作量较少，所需劳力较少）







多材料注塑技术的应用：




个人护理产品，牙刷、剃须刀


动力工具把手、手柄和外壳


休闲、体育用品


一次性相机


汽车仪表板、门板、控制台、内部装饰、发动机罩下部件


手机/个人数字助理用品


医疗设备







注模商逐渐认识到，在模具中生产制成件而无需使用占地面积大、价格昂贵、操作和维护成本高的下游设备，这就大大节约了成本。另外，由于零件处理工作简化，还可降低20％的装配成本，并可使总生产周期缩短20％。有效利用这一技术、使用一台机器和模具（而不是两台）可使所需项目资金降低25％。





零件一体化的总体趋势促使人们寻求新途径，不在模具外进行二次操作就可增加垫圈或密封等零件。





与单成分注塑技术相比，多材料注塑技术除所采用多材料工艺外，还有其它需要考虑的方面。三个常见问题是：1）聚合体的化学或机械粘结力不够；2）一种或多种成分不完全注入；3）一种或多种成分因模具发生溢出而产生毛边。





材料粘结不充分的一个影响因素是材料注射时间选择，以及第二种材料注入到第一种材料上时第一种材料的温度。如果在第二种材料注入前第一种材料过度冷却，则粘结剂可能低于标准要求。但是，已注入的第一种材料必须充分冷却，以保证其在第二种材料注入时不会移位。





材料选择也会影响粘结性能。不同颜色的同种材料之间的材料至材料粘结强度最好。类似材料次之。可向您的材料供应商了解多材料组织的潜在粘结性。例如热塑弹性体供应商一直在研制柔性材料，以优化二次注塑特殊材料的粘附力。





为防止不彻底注塑或模具产生毛边（溢出），充填到充填精度是一个关键因素。多腔模具充分平衡也非常重要。另外热流道板也必须平衡，注入口数目和大小必须足以进行低压模具充填。模具温度也是一个重要因素。当用提芯器运行模具进行多充填时，精确控制温度非常重要。如果模具温度不精确，则可能导致提芯器因模具成分之间的热膨胀差异而阻塞。





还可以通过使用几何或联锁接口将多种材料结合在一起，这类接口是以机械方式将不同材料锁定在一起形成的，适用于化学性质不相容的材料，或熔点差异很大的各种材料。





另外，联锁接口可用来有选择性地控制各种材料沿不同自由度方向的相对运动。例如汽车的暖气和空调出风口。百叶窗和框架是用两种材料以不产生粘附力的方式注射成型的。不需要独立的模具、机器、零件搬运和装配就可产生一个完整的出风口。





成本是另一个必须考虑的因素。多材料加工模具比单充填注塑模具昂贵得多。多材料加工机器也比单充填注塑机器更加昂贵。根据待加工材料种类数，以及是否需要新机器，或是否使用附加注塑装置将标准注塑机转换成多材料注塑，成本会有很大差异。





多材料注塑技术要求将多种材料注射到一个模具中。除非将零件转移到另一台机器中注塑第二种材料，否则任何情况下都需要使用专用设备。大多数设备供应商在提供设备时都会同时提供多重注射装置。另一种方法是针对现有机器，采用便携式或螺栓紧固式注射装置。选择方法受很多因素影响，其中包括成分含量和注塑商的专业水平。





多材料注塑技术采用两种材料来提高产品价值，可以是具有不同颜色的相同材料也可以是类似材料或不同的材料。随着这种技术应用越来越广泛，目前已具备了使用3到6种颜色和/或材料的能力。除热塑材料外，公司正在研制热塑和热固材料组合。





由于多材料注塑技术涉及诸多因素，因此供应链中的所有成员都要参与到零件设计、材料选择、模具设计以及工艺设计中来，这一点很重要。这种协作方式将缩短开发周期，降低开发成本，并有助于改进产品。
作者：Jack Avery
Jack Avery，是位于美国犹它州盐湖城的Avery塑料咨询公司（Avery Plastics Consulting）的创始人和总裁。曾在GE高新材料公司（GE Advanced Materials）工作长达34年并于2004年退休