Multicolour and Multicomponent Injection Moulding
ENGEL(英格尔)Combimelt模塑是一个制造工序或一个生产单元把若干种塑件组合成多功能部件。它应用了颜色效果，并将不同材料的特性相结合。装配和其他适合粘结的方法已经体现在模塑过程中了。这为产品生产开拓了有意义的节约潜力及新的设计可能性。
一、ENGEL Combimelt 模塑法的组成
1、注塑机 2、模具 3、工艺诀窍 4、装卸设备及自动化的成套溶解设备
今天，全世界已拥有ENGEL公司用Combimelt模塑法制造的500多台注塑机，200多套模具和成套生产线。下面我们用例子说明这种注塑法的优点。
二、多色彩法
对于制造控制键和带符号的仪器面板，多组件、多色注塑法仍然是一种有效的方法。不仅是由于质量的原因，即高耐磨性，而且是由于经济的原因，可与脱机印刷或激光刻标记相比较。这种方法已在多色汽车尾灯玻璃产品中多年多次得到证明。图1是采用转盘法生产色彩PMMA的多色汽车尾灯玻璃。
图1
三、刚性/柔性件熔接
通过把刚性和柔性的聚合物粘合，用于密封和阻尼的组分可直接注入仪表的外壳和一个零件的表面。为了改善手柄或增加手柄表面的摩擦力，可在手柄的表层注入TPE，形成柔软层。
图2是刚性材料PP做的旋凿手柄和具有较好防滑特点的柔性材料TPE熔接，采用转移法在有6根模凿的Combimelt模具中制造，50秒为一个制造周期。
图2
自动装配线上把小的、柔软且有弹性的部件从整体中分离出来通常是困难的，这是因为两者粘附在一起而且尺寸稳定性低。正是由于这个原因，使用Combimelt，在一道生产工序中就能把一个柔性功能的零件与另一个尺寸稳定的零件粘结，而且在多数情况下，使用Combimelt更便宜而且自动生产设备更可靠。
由于几何形状的原因，由PP制成的杯子螺纹盖与TPE制成的密封及紧扣表面采用转移法在ES2500H/500K2F注塑机中制造，35秒为一个制造周期。
第一只模具上不带螺纹，第二只模具上带螺纹，由同步移动的机械操纵装置进行预模塑。
三、塑料-橡胶偶联剂单体粘结件
橡胶-金属粘结件代用品设计采用热塑性材料和热固性橡胶制造粘结件已有好多年了。然而，用偶联剂制造的粘结件能保证在粘结面上传递所必需的力。在应用偶联剂及工艺之前，这种方法的实质缺点是价格贵，表面处理费时，而且，在刚性件中注入橡胶的成本也很高。新近发展的塑料-橡胶粘结件没有这种缺点。许多标准橡胶粘结件具有好的热塑性，例如：PPE或PA，没有用偶联剂共硫化。优点是自动生产，而且有满意的环境。当用偶联剂做壳体时，不会发生溶解。塑料-橡胶粘结件将代替橡胶-金属粘结件。这在那些要求重量轻且腐蚀的重要领域，例如在汽车工业中就特别理想。
图3是采用分度盘法制造具有密封功能的汽车锁组件。用PPE塑料-橡胶偶联剂单体模塑密封件以及SBR注射的缓冲层。
图3模具：4×4腔室的橡胶元件冷却分流道系统
注塑机：ES600H/200L/125 2F 制造周期：70秒
四、3D注射模制的电子线路板
Combimelt用于制造电子线路板构件。
制造方法改进的几个方面：
——继承了几乎任何开头的电子线路板所需要的电子和机械元件；
——促使产品小型化；
——单一组装结构，节省机械元件。
内行人已经知道，这种新方法的技术术语3D-MID是三维模塑内接元件的缩写。首先在金属化的模塑件中注射基面，使电子线路显露在基面上。第二步，填满电子线路之间的空隙。顾壁与电子线路之间的空隙只有0.3mm，采用高流动性材料是能够实现的。接着，仅仅在用作电极的金属化塑料表面进行电镀，例如镀镍或铜，及其他被采用的金属。
五、可卸接头的模塑装配
在Combimelt多数应用场合，应用材料之间需要有高的粘结力，成型模型工艺旨在一个制造工业中生产可拆卸接头。选择适当的材料是能在模具中直接实现的。例如较链、扣环等，不需要脱机装配，在注塑机上就能生产完整的产品。
图4是用POM和OPA成型模塑制造传送链。30秒为一个制造周期。
图4 同样的方法，用成型模塑生产婴儿橡皮奶嘴的把手环。第一工位预注入PA手柄环，然后打开模具，把整体指针盘转180°，插入一根新的芯轴及用于注入PP联接管的模腔。联接管收缩在紧密配合成型的手环上。把手环伸入具有联接功能的位置，像一只铰链一样，允许把手环前后摆动。这种方法具有一个附加的优点，这样的联接不会脱开，从安全的角度证明也是有利的。
六、层状零件的共注模塑法
举例说明，采用共注模塑法制造无皱纹、凹痕和泡沫芯的高质量表面层的厚壁层状零件是可能的。
这种注塑法越来越多地找到在薄壁零件制造中的应用。例如：头戴反光镜，具有内部遮蔽膜的房子。在这些应用中，芯材的应用是以高的热尺寸稳定性或电导率作为活性填充料的樗，而元件的表层需要满足表面质量的要求。当今的政治政策有助于制模者增加这方法的兴趣，以及芯体材料的重复再利用。壁厚为0.9～0.6mm不同模型零件的研究已经表明，它与零件几何形状的复杂性有关，芯体材料的容积密度可以在35和65%之间变化。
例如公园椅的扶手柄 在一只双腔模中，用SAN做表层材料，容积密度为55%的PS发泡材料做芯体共注制造，一个制造周期为60秒。
摩托车油箱的螺帽在6腔，3扣形板的模子中加压螺杆脱模共注塑制造，12秒为一个制造周期，芯体零件由油箱清洁后的HDPE回炼组成。总壁厚为0.9mm，芯体材料占容积的65%。
七、膜制品的设计以及材料的选择取决于粘结强度
材料粘结表面上传递的拉力和剪刀所获得的粘结强度受以下因素影响：
——材料的选择；
——工艺方法；
——过程控制；
——模制品的几何形状；
——粘结表面的设计。
Combimelt法的粘结机理主要基于预模塑的一部分再熔化后，另一种材料与粘结表面接触、熔化和这材料熔接在一起的导热性差，通常熔接仅仅在预塑件表面深度小于0.1mm处产生。
熔化不产生热塑性材料那样的化学联接，高分子材料的物理联接边界层的粘结强度是可靠的。把零件熔接在一起是不适宜的情况，此时，采用切口（或预模塑的孔）机械粘结形成外加的可靠联接，这样，零件间的联接就能实现了。
例如，用一个做拉力试验的试件进行各种材料的粘结强度试验，对于检验者都是很有用的。润滑剂和脱模剂有一种反作用。
复合和熔接强度也受到过程控制的影响。注射速度影响流体工作面的温度和透气性的改变。同时，刚性材料注射在柔性材料上，当测得的粘结力较高时，应使用低熔点的材料。实际上由于变形和跟随而来的模具的密封问题，这往往是不可能的。光滑的粘结表面证实是有益的。粗糙的粘结表面虽能增加表面积，但两元件表面势必会存在空气，常常会降低粘结强度。
八、方法衍生
根据产品的数量和模制品的几何形状，实践证明Combimelt模塑法在加工过程中有下列几种衍生的方法：
——转移法； ——转盘法； ——分度盘法； ——滑块技术； ——共注膜塑法。
转移法就是通过一个输送装置在同一台注塑机上把预模塑件移到另一个模腔。这是大型多色或多组分模制品避免在大型转台上旋转重型模具的习惯做法。在两台平行排列的标准注塑机间采用输送装置传送预模塑制品也是可能的。当发生几何形状阻止再次插入模芯时同样可采取转移法，而其他方法不适用。
图5是采用转移法生产的旋凿生产线，用PA和TPU做韧性的把手，在一个制作周期内（根据尺寸的大小50～80秒）在一个可换模腔板的有6个模腔的模具中制成。在插放托板的同时在两台ES1050/125HK型注塑机间转移，脱模是由带双夹持器机头的自动装置完成的。
图5
转盘法就是成套移动的模具一半在旋转，而保留在模芯中的预模塑件被放入到另一半固定模具的一个新模芯中的预模塑件被放入到另一半固定模具的一个新的模腔内。这种方法的优点是：
——模具的设计简单，因为转盘是机器附带的一个组件；
——注塑机上可以同时生产几个模具，充分利用转台。
在这种情况下，下一模塑工位的设计就需要不同的模芯和模腔几何形状。用分度盘把预模塑件抬高，并旋转。分度盘法的优点主要是设计更自由。
转移法、转盘法和分度盘法的共同特点是所有的开模和修型时都要进行脱模处理。为了降低模具的成本，采用滑块技术可在一副模具中生产出多色或多组分的模塑件。在这种情况下，第二种材料的模腔会被滑动插条或芯模隔离，仅在第一种材料注塑完成后才被打开。图6例举了这种技术的一种应用，聚硫橡胶制成的声频盒式磁带。合模力快速释放，密封滑块返回原位后，就可以模塑成透明窗状开口，而不需打开模具。
滑块技术的功能原理：
A、把密封滑块向前推移生产预模塑件；
B、在不打开模具的情况下，密封滑块返回原位，注入第二种粘合材料完成模制件。
使用滑块技术14秒为一个制造周期，可制成聚硫橡胶的带窗状开口的声频盒式磁带。
图6
图7显示了共注模塑的工业流程图，意思就是把两种材料的一种注入另一种。把一定量的表层材料预先注塑入模腔，然后在通过注塑口注入芯材（为了避免由于溶体阻滞而引起的表面缺陷，在必要时可把两种材料快速同时注入）。芯材进入仍在流动的预注入的表层材料内并取代它的位置，但并没有充满整个模腔。已经固化的表层材料没有被取代，并包住芯材。最后在清除喷嘴和保持模压阶段，表层材料被用于清除喷嘴和保持模压。从喷嘴孔排出的芯材/表层材料的混合物必须由注射口吸收。
图7
1、注射表层材料 2、如果时间很紧的话，可把表层材料和芯材同时注射
共注模塑的配对材料必须满足两个基本的相容条件：
——粘合相容； ——加工过程相容。
加工过程相容性评价涉及到：均匀扩散芯材组分的过程说明、模子温度和组分材料的粘度。在模制品中，制件的几何形状对材料的分布又很重要的影响。中心注压口的所有轴对称的几何偏差都会引起芯材的不规则分布，并造成下列影响：
——仅在流动区域形成表层材料，如在塑流尾流开口或在多流道制品中；
——集成功能和粘结件、助条等，材料表面的聚积层一旦穿透，表面熔体是不能移动的。
九、模具设计
ENGEL模具制造公司专门制造Combimelt模具，在该领域中已有25年的经验。模具设计是在与机械工程部的紧密合作中实现的“根据制造工程部的“Technikum”或顾客定购机器的要求在Combimelt注塑机上进行模具测试和最佳调整。这本小册子内的多数模塑的应用是由ENGEL公司设计并制造的。以下叙述的是另一组有用的模具。
Combimelt一套样板模具包括采用转盘法制造出的1100个单一元件。该套模具是为生产汽车内灯外罩而设计制作的，带有白色符号的预模塑件是采用透光的POM制的（图8），具有显示的功能。转动模具后，把外罩的黑色PC材料注射在白色的预模塑件上。发光元件由接触套、装配元件和反光片组成。预模塑件和外罩都是通过高生热系统注入的。
图8 汽车内灯是采用透光的POM进行预模后形成的，具有指示功能。黑色PC外罩在一个4×4转盘模具的模腔中制造，36秒为一制造周期。
为了生产汽车锁扣装置，具有密封功能的锁体就是一套热固性橡胶的粘合组件，设计出了带4×4模腔的Combimelt模具。在第一个模腔中用PPE生产锁体，然后用分度盘/转盘模把锁体插入第二个模腔注塑缓冲器和SBR橡胶制成的密封圈。共硫化作用确保了最佳的粘合性，而不是用偶联剂。硫化橡胶弹性体需要170℃的模具温度，此时PPE具有很好的尺寸稳定性。为了设计这一类型的模具，不仅要具有多组件模具结构知识还要有橡胶模具的设计知识。这对于冷道技术、模具加热和在高模具温度下调换元件选择装配是非常重要的。
共注射模具是根据传统的模具的原理制成的。在技术测量中能够发现模具内的差别，并调整不希望有的组分分布：
——在模制件表层区域的重心注塑可减少芯材分布的不均匀；
——局部调整内壁厚度和固定零件流量闸；
——移动模具内的流量闸（表层材料的流动受模具插板、滑块或芯模移动的限制，同时注入阶段，在最后注压的模腔内插入移动插板）；
——溢流道技术，例如：选择在流道末端的溢流道附件，可以预先采取防止表层材料的积聚。
多数冷流道进料系统与传统的模压相似，有进胶口系统，如注胶口，带风扇分流道系统的多种薄模进胶口，带针尖进料系统的通道注胶口。不能采取传统的热分流道系统，是因为在分流道系统中需要表层材料和芯材混和。
十、机械设备
ENGEL公司的Combimelt机器是基于测试结构部件和验证标准元件而制造的。主机可以与不同尺寸的注射装置组合，每个注射装置有不同直径的螺杆。意思就是注射装置可以很好地与预模塑件所必需的注胶量和塑性材料以及制成品相匹配。注射装置的构造基本上是根据模制件或已应用的模具制造的。ENGEL公司能为每种应用提供最佳方案。
——水平/垂直（H/V）结构 ——平行结构 ——H/VV型结构 ——H/L型结构
十一、标准装置
——400KN合模力的HL合模装置；
——两个注射装置可单独完成工作，这是由于分隔的传动系统可以同时注射或交错注射；
——CombimeltH/V和H/L型模具的喷嘴位置，可把第二个注射装置在机器的纵轴上；
——H/VV型结构的两个注射装置的独立喷嘴，用于清洗两个注射装置回复位置的短托架冲程，W型注射装置的旋转部件，可便于在旋转的H型装置上移去机筒；
——CC100过程控制的微信息处理机，32字节RISC协调操作的处理技术，高分辨率的平面混色镜，MICROGRAGHPLUS高性能图表程序，可以显示与注射装置质量有关的过程变化，可用于过程优化和过程监控。
图9是CombimeltH/W型注塑机，ES1800H/500W/400HL2F
图9
图10是高性能图表软件包，采用MICROGRAGHPLUS过程优化及过程监控。
图10
特制装置
——转盘通过联轴节可以180°来回旋转为模具提供空气和冷却剂。转盘由液压马达传动，由终端开关尾部监控，由转动电位器调整制动角度；
——把程序和液压分度盘并入模具；
——程序和液压滑块技术；
——H/V型结构带溶压控制开关套的共注射喷嘴头，加长拖板可简单的从注射分模线向共注射转换；
——H/VV型结构带熔压控制开关套的共注射喷嘴头。
Combimelt的平行注压装置带液压控制关闭针和套的共注射喷嘴头。
ENGEL公司还能提供基于标准组件带几个注射装置的特殊的Combimelt模具。另外，ENGEL公司为大理石模具提供带两个注射装置的特殊方案。
（编辑：huananzhusu）
