Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte.

OK

MITUTOYO

přístroje pro měření tvaru a povrchu
PMMA

S nově vyvinutým nanášecím systémem lze konstrukční díly z PMMA opatřit ochranným povlakem pomocí reaktivního systému z multifunkčních akrylátů přímo ve vstřikovací formě. Takto vytvořené povrchy jsou velice odolné proti poškrábání a otěru, rovněž jako vůči působení mnohých chemikálií. Tato technologie představuje nízkonákladovou alternativu klasického lakování.

Odolnost proti poškrábání v jednom kroku
Průhledné plastové díly mají rozmanité uplatnění: například jako kryty domácích přístrojů, přístrojů v motorových vozidlech nebo jako displeje. Dokonalá průhlednost těchto konstrukčních dílů je zaručena jen v případě, není-li povrch v průběhu používání poškozen škrábanci nebo otěrem. Povrchy proto musí splňovat obzvlášť vysoké požadavky na optické a mechanické vlastnosti a odolnost vůči většině chemikálií. Přesto, že PMMA vykazuje mezi termoplastickými materiály nejvyšší odolnost proti poškrábání, musí se i výrobky z PMMA opatřit ochrannou povrchovou vrstvou proti poškrábání nebo jiným projevům opotřebení. Konstrukční díly jsou pak často podrobovány další nákladné pracovní operaci nanášení ochranné vrstvy proti poškrábání.
S technologií CoverForm nabízí nyní Evonik a KraussMaffei ekonomicky příznivou alternativu ke klasickému lakování. U této metody jsou díly z PMMA opatřeny ochranným reaktivním systémem přímo ve vstřikovací formě. Povrchy vytvořené tímto způsobem jsou velmi odolné proti poškrábání a vyznačují se vynikající odolností proti opotřebení a chemikáliím. Nanesení povlaku ve formě sice prodlužuje dobu cyklu v porovnání se standardním vstřikováním; v globále ale dochází ke značně vyšší úspoře času, kterou technologie CoverForm umožňuje oproti konvenční povrchové úpravě dílů z PMMA, neboť díky CoverForm lze vynechat mnohé navazující procesní operace, které jsou spojeny s poměrně velkými náklady. Patří sem například čištění povrchu dílů a nanášení a sušení základního laku a Hardcoat.
Jako nanášecí materiál se při technologii CoverForm používá dvousložková reaktivní technologie na bázi multifunkčních akrylátů bez obsahu rozpouštědel a silikonu, vyvinutý společností Evonik. Reaktivní systém vytvrzuje za působení teploty a UV záření. 

Obr. 1 Schématické znázornění procesu CoverForm

Legenda:

Plexiglas einspritzen Vstřikování plastu Kavität kühlen Ochlazení kavity
Präge- und Nachdruckphase Fáze lisování a dotlaku Werkzeug öffnen Otevření nástroje
Kühlphase Fáze chlazení Formteil entnehmen Vyjmutí výlisku
Werkzeugkavität expandieren Rozšíření kavity nástroje Werkzeug schließen Zavření nástroje
Beschichtunslösung injizieren Vstřik nanášecího roztoku Reaktionstechnik Reaktivní technologie
Präge- und Reaktionsphase Fáze lisování a reakce Spritzgießtechnik Technika vstřikového lití

Jako termoplastická komponenta pro proces CoverForm se používá speciálně vyvinutý výchozí tvářecí materiál PMMA, který společnost Evonik nabízí exkluzivně pod označením Plexiglas cf. Protože oba systémové materiály jsou si vzájemně přesně přizpůsobeny, vykazuje ochranný povlak vynikající přilnavost na termoplastickém povrchu.

Průběh procesu
Při procesu CoverForm kombinuje KraussMaffei vlastní kompetence z technologie vstřikování a reaktivní technologie. Pro provedení nanesení ochranné vrstvy je vstřikovací stroj doplněn zvláštní licí skupinou. Injektorová tryska dopraví tekutý povlak do vstřikovací formy. Tato injektorová tryska je integrována ve formě podobně jako horký kanál.
Průběh procesu při výrobě povrstvených dílů PMMA lze rozdělit do tří fází (obr. 1): V první fázi dojde ke vstřiku plastifikovaného PMMA do nástroje - formy. Zdvihem nástroje je nanášený povrch stlačen, následně je díl v nástroji ochlazen. Ve druhé fázi dojde k rozšíření kavity, takže na povrchu dílu vznikne štěrbina, která je vyplněna tekutým reaktivním systémem. Nástroj poté provede další lisovací pohyb. Současně se zvýší teplota nástroje a nanášecí materiál se začne vytvrzovat. Ve třetí fázi je povrstvený díl průmyslovým robotem odebrán z nástroje a dopraven do UV tunelu. Zde dojde k přídavnému vytvrzení povlaku (obr. 2). Oddělení vtoků je provedeno pomocí laseru (obr. 3).

Zvládnutí procesů
Při procesu CoverForm nachází uplatnění temperovací systém forem Dynamic Mould Heating (DMH) z vývojové dílny KraussMaffei. Obě poloviny formy jsou přitom vybaveny dvěma úrovněmi temperování. Jedna temperovací úroveň se nachází velmi blízko kavity, druhá úroveň je v trochu větší vzdálenosti od kavity. Ve výchozím stavu napájí jeden temperovací okruh všechny čtyři temperovací okruhy ve formě. Pro ohřev a chlazení se krátkodobě přepínají jen temperovací kanály v blízkosti kavity na vyšší popř. nižší teplotu. Vzdálenější temperovací kanály udržují konstantní úroveň teploty a slouží jako akumulátory pro rychlou změnu teploty. Tímto způsobem lze velice precizně a rychle nastavovat různé teplotní úrovně formy.

Efektivní výrobní systém s úsporou místa
Inovační systémové řešení CoverForm integruje povrchovou úpravu dílů přímo do vstřikovací formy, což představuje značené ekonomické výhody. Na rozdíl od dodatečně prováděného lakování jsou povrstvené díly pomocí technologie CoverForm již připravené k montáži, jakmile opustí výrobní linku. S technologií CoverForm lze ušetřit náklady na logistiku, které jsou potřebné pro dodatečné povrchové úpravy dílů. Hospodárnost procesu je mimo jiné zvyšována také tím, že linka CoverForm vyžaduje podstatně méně místa, než lakovací zařízení.

Obr. 2:  Dodatečné zesítění funkční vrstvy v UV tunelu (na příkladě průhledného krytu displeje)
Obr. 3: Oddělení vtoku laserem (na příkladě průhledného krytu displeje)

Obr. 4: Díly vyrobené technologií CoverForm vykazují při zkoušce Taber Abraser srovnatelně dobré hodnoty jako díly Plexiglas-8N, které byly ošetřeny laky na bázi akrylátu.

Legenda:

Trübung Zákal
100 Umdrehungen
500 Umdrehungen
100 otáček
500 otáček
Plexiglas 8N Plexiglas 8N
Plexiglas 8N mit UV-Lack auf Acrylatbasis Plexiglas 8N s UV lakem na bázi akrylátu
Plexiglas 8N cf mit CoverForm Plexiglas 8N cf s technologií CoverForm
Polycarbonat  mit Polysiloxan-Beschichtung Polykarbonát  s povlakem polysiloxanu

CoverForm přesvědčuje i ohledně jakosti dílů. Protože nanesení povlaku je provedeno v uzavřené formě, nedostanou se žádné nečistoty mezi povrch dílu a ochranný povlak. Další předností této metody je nepatrné kolísání tloušťky vrstvy povlaku, což snižuje spotřebu nanášecího materiálu. Kromě toho je vykazována velice nízká zmetkovost.
Díky těmto přednostem je CoverForm úsporným, nákladově příznivým a efektivním výrobním systémem pro díly PMMA s vysokou mechanickou a chemickou odolností.

Vynikající povrchové vlastnosti
Výsledky materiálových výzkumů vzorových konstrukčních dílů dokládají vynikající užitné vlastnosti povrchů vytvořených technologií CoverForm. Díly s ochranným povlakem byly podrobeny zkoušce odolnosti proti oděru v testu Taber Abraser (obr. 4), rovněž jako v testu padajícím pískem. Při testu Taber Abraser se povrchy zkušebních těles nacházejí mezi dvěma třecími kotouči, které se otáčejí v opačném směru. Zjišťuje se opotřebení povrchu kluzným třením. Zakalení zkušebních těles CoverForm v důsledku namáhání oděrem činilo 6,4% po 500 cyklech  při vynaložené síle 500 g.
Při testu padajícím pískem je písek v množství 3 kg o určité velikosti zrna rovnoměrně rozdělen na síta z výšky pádu 1,6 m a nasypán na zkušební vzorek umístěný na otočném talíři pod úhlem 45°. Následně je změřen jas jako míra rozptylu světla způsobeného poškozeným povrchem. Čím nižší je hodnota rozptylu světla, tím méně je povrch poškozen pískem. S hodnotou 2,5 cd/lxm2 se CoverForm pohybuje na srovnatelné úrovni s korunovým sklem použitým pro porovnání.
Pro další stanovení odolnosti proti poškrábání povrchů CoverForm byla provedena mj. zkouška tvrdosti tužkou a vrypová zkouška tvrdosti dle Erichsena 413. Pro stanovení zkoušky tvrdosti tužkou se do přípravku upevní tužka pod úhlem 45° ke zkoušenému povrchu, která se následně posouvá po povrchu zkušebního tělesa. Zkoušky byly provedeny s postupně se snižující tvrdostí tužky, dokud hrot nezanechal na povrchu žádné hmatatelné rýhy. U dílů s povlakem CoverForm činí tato hodnota 7H, zatímco u dílů PMMA bez ochranného povlaku bylo dosaženo hodnot pouze 5H a u polykarbonátu bez povrchové úpravy bylo dosaženo hodnoty tvrdosti tužky B. Polykarbonát opatřený vrstvou polysiloxanu vykazoval tvrdost tužky H.
Při vrypové zkoušce tvrdosti dle Erichsena jsou do zkušebního tělesa prováděny radiální rýhy působením různých rycích hrotů pomocí ramena s přestavitelnou hmotností (titulní obrázek, obr. 5). Nejmenší síla, která po jednom otočení talíře ještě zanechá vizuálně rozpoznatelnou průběžnou stopu, se nazývá vrypová tvrdost. Vyhodnocení lze vedle vizuálního posouzení učinit také stanovením hloubky vrypu, která se určuje drsnoměrem Talysurf 120 (výrobce: Tailor Hobson Ltd, Leicester, Anglie).

Obr. 6: Vrypová zkouška tvrdosti dle Erichsena dokládá mechanickou odolnost dílů vyrobených technologií CoverForm

Legenda:

Auflagekraft Vynaložená síla
Eindringtiefe Hloubka vrypu
Plexiglas 8N Plexiglas 8N
Plexiglas 8N mit UV-Lack auf Acrylatbasis Plexiglas 8N s UV lakem na bázi akrylátu
Plexiglas 8N cf mit CoverForm Plexiglas 8N cf s technologií CoverForm
Polycarbonat  mit Polysiloxan-Beschichtung Polykarbonát  s povlakem polysiloxanu
© Kunststoffe © Plasty

Díly vyrobené technologií CoverForm vykazují při této zkoušce podstatně nižší hloubku vrypu, než srovnatelné výrobky z PMMA opatřené UV lakem nebo polykarbonát s povlakem polysiloxanu (obr. 6).
Chemická odolnost ochranného povlaku CoverForm byla zkoušena se slunečním krémem a krémem na ruce dle PV 3964. Po nanesení krému na povrch se zkušební tělesa uloží na dobu 24 h při 80°C do skříňové sušárny. Následně se stanoví odolnost proti poškrábání a přilnavost. Ze zkoušek vyplynulo, že odolnost proti poškrábání působením krému se nemění a povrch se nepoškodí. Po působení krému bylo u povrchů CoverForm při mřížkové zkoušce dosaženo hodnoty přilnavosti mřížkovým řezem GT 0. Také zkouška odolnosti na atmosférické vlivy vykázala u dílů vyrobených technologií CoverForm velmi vysokou odolnost. Po 4000 h působení záření ve zkušebním přístroji s xenonovým zářičem vykazovala mřížková zkouška povrchu opět hodnotu GT 0.

Závěr
CoverForm představuje novou technologii pro vybavení dílů PMMA s povrchy odolnými proti poškrábání a chemikáliím pro obzvlášť vysoké nároky. V porovnání k dodatečnému lakování se ochranný povlak vytvoří přímo ve vstřikovací formě. To vede ke značnému snížení výrobních nákladů. Vynikající vlastnosti těchto povrchů bylo možné prokázat na základě obsáhlých materiálových zkoušek.

SHRNUTÍ
Odolnost proti poškrábání v jednom kroku
PMMA. S nově vyvinutým nanášecím systémem lze konstrukční díly z PMMA opatřit ochranným povlakem pomocí reaktivní technologie z multifunkčních akrylátů přímo ve vstřikovací formě. Takto vytvořené povrchy jsou velice odolné proti poškrábání a otěru, rovněž jako vůči působení mnohých chemikálií. Tato technologie představuje nízkonákladovou alternativu klasického lakování.

Autoři
SVEN SCHRÖBEL je zaměstnaný jako Manager Business Development v průmyslovém segmentu Automotive & Polymers u společnosti Evonik Röhm GmbH, Darmstadt; sven.schroebel@evonik.com
ARNE SCHMIDT je činný ve společnosti Evonik Röhm GmbH, Darmstadt v oblasti aplikační techniky Výchozí hmoty pro mechanické zpracování plastů jako vedoucí útvaru technologie vstřikového lití.
THOMAS HÖRL je Technology Manager CoverForm ve společnosti KraussMaffei Technologies GmbH, Mnichov; thomas.hoerl@kraussmaffei.com.
MARTIN EICHLSEDER je vývojovým pracovníkem ve společnosti KraussMaffei Technologies GmbH, Mnichov.

Zdroj: Kunststoffe 1/2010

Originál článek PMMA (DE) ke stažení v PDF zde

Kontakty