Mold Masters מתגברת על אתגרי העיבוד של פולימרים מתכלים

פולימרים מתכלים נחשבים כאחד הפתרונות להפחתת נזק סביבתי  אולם הם קשים לעיבוד, רגישים לטמפרטורה ולכוחות גזירה. חברת Mold Masters למדה לעומק את הנושא ומעמידה לרשות התעשייה מערכת חמה המותאמת במיוחד לפולימרים אלו

תמונה 1: מניעת פינות חדות (ימין): אחת בלבד במניפולד של Mold Masters (אמצע) לעומת שלוש פינות אצל המתחרה (שמאל).

מגמת השמירה על הסביבה סוחפת את דעת הקהל וגם את תעשיית הפלסטיק. הפתרונות מגוונים, וכוללים הפחתת משקל, עידוד המיחזור והגברת השימוש בפולימרים מתכלים. אלו האחרונים מהווים נושא מחקר לחברות רבות המפתחות חומרים ותרכובות חדשות במטרה להחליף פולימרים סטנדרטיים. המשימה אינה פשוטה. קיימים אתגרים בנושאי הפונקציונליות של הפולימר ותכונותיו המכניות אותן יש לשפר. גם בתחום העיבוד של החומר, מהווים הפולימרים המתכלים אתגר. לאלו חלון עיבוד צר עקב רגישות מוגברת לטמפרטורה ולכוחות גזירה, בהשוואה לפולימרים אחרים, ועל כן עיבודם מורכב.

חייבים לזרום קדימה

רגישות הפולימרים המתכלים מצריכה התאמה של המערכת החמה לעיבודם. תשומת לב מיוחדת צריכה להינתן לאזורים בעייתיים מבחינת זרימה שבהם יכול להיתקע הפולימר זמן רב ולגרום לבעיות כגון: עליה בלחצים ושינויים בטמפ' ההיתך. במקרה ואכן מתרחש ליקוי שכזה הוא גורם לפגמים מכניים, פונקציונאליים וויזואליים במוצר: חומר חלש,  חוטים, סימני זרימה / שריפה וקווים בחומר.

ניסיון שטח מוכח

חברת Mold Masters  אחת המובילות בעולם בפיתוח מערכות חמות, ראתה אתגר זה והחליטה להשקיעה משאבים רבים על מנת להבין את מגבלות הפולימרים המתכלים. העבודה נעשתה בשיתוף עם אוניברסיטת מסצ'וסטס. זאת מתוך אמונה כי הבנה מעמיקה תאפשר לה לפתח ולהציע פתרונות חכמים לבעיה. ההשקעה השתלמה וכיום יש לחברה ניסיון שטח מוכח בעיבוד פולימרים מתכלים, כולל עיבוד בתבניות מורכבות, מרובות מובלעות בעבודה ממושכת.

מאמץ מיוחד הושקע בעבודה עם פולימרים מתכלים בתהליך הייצור הרב שכבתי (co-injection) הייחודי של Mold Masters. הייצור כלל עבודה עם דיזות חמות, בקרי טמפרטורה וכל המערך הנלווה. התוצאות היו חיוביות ונראה כי החברה אכן הצליחה לשלב טכנולוגיות ייחודיות המותאמות לאתגרי העיבוד שמציבים הפולימרים המתכלים.

ייצור מניפולד בטכנולוגית iFLOW  – להולכת התך בתנאים אופטימליים

היתך הפולימרים המתכלים רגיש בהשוואה לפולימרים סטנדרטיים. שיטת ייצור המניפולד הייחודית של Mold Masters מאפשרת יצירת תעלות זרימת התך בגיאומטריות מאתגרות המותאמות לחומר, לתבנית ולמוצר ומבטיחות גובה תבנית נמוך.  החברה אימצה מספר כללים ועקרונות לתכנון המניפולד התומכים בייצור תקין:

• שמירה על פרופיל טמפרטורה אחיד ויציב.
• שמירה על כוחות גזירה מופחתים.
• שמירה על פרופיל לחץ יציב.
• תכנון התעלות ללא פינות חדות (פינות חדות רגישות להתך) כך שתתאפשר זרימה משופרת ללא שהייה ארוכה מידי של הפולימר בפינות (תמונה 1).

אימוץ עקרונות אלו מאפשר להגיע לאיזון טוב בתבנית, תומך בהחלפות צבע מהירות בין עבודות שונות ומקנה אפשרויות עיצוב רבות וגמישות בתהליך.

גוף חימום אינטגרלי לדיזות חמות בטכנולוגית BRAZING  – לניהול תרמי ייחודי

גוף חימום הדיזה של Mold Masters מושתל בתוך הדיזה עצמה ולא מולבש מעליה. לשיטה זו מספר יתרונות: ראשית, מגע פיסי הדוק בין הדיזה לגוף החימום מייעל את החימום, ללא חללים שגורמים לאיבודי אנרגיה. בנוסף גם כמות גופי החימום משתנה לאורך הדיזה בהתאם לנדרש וכך מתקבל פרופיל טמפרטורה אחיד לכל אורכה. הפרופיל האחיד מסיע במערכות מרובות שקעים באחידות תנאי כניסת חומר לחלל המוצר: טמפרטורה, לחץ ומהירות זרימה. בנוסף, התגובה מהירה יותר בזכות הולכת החום הישירה.

על מנת לבחון את אחידות פרופיל הטמפ' נערכה השוואה בין הדיזה החמה של Mold Masters לבין דיזה מקבילה (תמונה 2). בגרף המצורף ניתן לראות כי הדיזות החמות של החברה שומרות על פרופיל טמפ' אחיד יותר, ויש לכך חשיבות בחלון העיבוד הצר בו החומר מאופיין. השמירה על טמפ' אחידה בדיזה החמה מייצבת את כל תהליך ההזרקה, משפרת את איכות החלקים ומצמצמת את הפחת.

תמונה 2: השוואת פרופילי טמפרטורה סביב ה-SET POINT (כתום), טכנולוגיה מתחרה (כחול), לעומת טכנולוגית BRAZING (אדום).

בקרת טמפרטורה מדויקת בטכנולוגית Tempmaster APS

ב-Mold Masters השתמשו באלגוריתם ייחודי (APS – Adaptive Process System) לאיזון אוטומטי של אזורי החימום במהלך הייצור. האלגוריתם מתבסס על קבלת היזון חוזר מהמערכת במהלך העבודה ו"תיקון" הטמפ' על ידי הפחתת/ הגברת ההספק. כך ניתן לקבל תוצאות מרשימות עם דיוק גבוה של חצי המעלה בבקרת הטמפרטורה (תמונה 3).

תמונה 3: הטמפרטורה בתהליך כתלות בזמן, עם (גרף עליון) וללא (גרף תחתון) בקרת APS.

טכנולוגיה ליישומים מתקדמים

אחת מהיכולות הייחודיות של החברה היא בהזרקה רב שכבתית (co-injection) היוצרת שכבות של חומרים שונים במוצר. שיטה זו מתאימה למגוון יישומים בעיקר בתחום האריזה. שילוב של פולימרים המקנים חסמות (barrier) לחמצן, יחד עם פולימרים המספקים תכונות מכאניות ויכולות הלחמה, מאפשר לקבל אריזה מתקדמת המאריכה את  חיי המדף של מוצר עד פי חמש. מערכת זו מתאימה גם לשימוש עם פולימרים מתכלים. באופן זה ניתן להשתמש לדוגמה ב-PVOH כחומר המקנה חסמות בשכבה פנימית ולשלבו עם PLA  בשכבות החיצוניות (תמונה 4).

תמונה 4: דוגמה לאריזה רב שכבתית מפולימרים מתכלים, שכבת חסמות מ-PVOH ושכבות חיצוניות העשויות PLA.

למידע נוסף:

אסף תעשיות, בני מאייר: 052-398-4873, [email protected]