一步法制备耐刮涂层注塑机械

一步法制备耐刮涂层

一步法制备耐刮涂层 2011： 一种新开发的涂层技术使得PMMA部件能在模具内被一种由多功能丙烯酸组成的反应系统所直接涂层。生成的表面耐刮、耐磨并且耐多种化学物质。这种方法有望成为传统涂层的低成本替代方法。透明塑料部件可用于许多应用领域，例如家用电器的面板、汽车仪表板盖或者显示窗口。如果在使用过程中，这些部件没有被刮擦或者磨损的话，它才能保持极好的透明度。这就对部件表面的光学性能、机械和耐化学性提出了很高的要求。在所有塑料中，PMMA具有最出色的表面硬度和耐刮擦性，然而即使PMMA制品也不能满足对于抗划伤和其它耐磨标准要求特别高的情况，除非它们被进行了涂层处理。实现这一工艺的传统方式是在复杂的下游工序中用耐刮擦涂层对部件进行涂层。 相对于传统的涂层方法而言，来自Evonik和KraussMaffei合作的新型CoverForm方法是一种更具有成本效率的选择。在CoverForm方法中，当PMMA部件仍在注射模具中时，其被一个反应体系所浸渍（flooded）。由这种方式制得的产品表面具有高度抗划伤性，并且具有极好的耐磨和耐化学物质性。与标准只进行注射成型的工艺相比，虽然在模具内过程延长了循环周期，但整体来讲当PMMA的传统下游涂层被包括进来的话，CoverForm方法可节省大量的时间：CoverForm方法真正消除了许多耗时的下游加工步骤。这包括部件表面的清洁以及底漆和硬涂层的使用和喷涂。 由Evonik开发的CoverForm涂层材料是一种基于丙烯酸脂的无溶剂和硅氧烷的两步反应体系。它在加热和紫外辐射的作用下硬化。CoverForm热塑性成型部件是一种特殊设计的PMMA，Evonik将这种产品命名为Plexiglas cf进行销售。由于这两个系统已经被调整来互相使用，因此涂层材料异常牢固地结合到热塑性部件的表面。

在Erichsen测试中，部件表面表现出高的划伤硬度

它是如何工作的 在开发CoverForm工艺的过程中，KraussMaffei联合了其注射成型和反应加工机器方面的专家。结果得到一台注射成型机对应一套浸液装置（a flooding assembly）。液态涂层经过一个喷嘴引入到模具中，喷嘴以热流道的方式集成到模具上。

图1. CoverForm方法加工图示

在涂层PMMA部件的生产过程中有三个阶段(图1)。首先，塑化的PMMA被注入到模具中并且被压缩成型。然后部件就可以在模具内被冷却。其次，模腔被放大以形成用于表面涂层的空间。其后缝隙内被充满液体反应体系。然后模具进行更进一步的压缩冲程。同时，模具的温度开始升高并且涂层材料开始固化。第三，工业机器人从模具内取出部件并把它放在一个紫外固化通道内，涂层在这里被二次固化(图2)。浇口通过激光切割来去除(图3)。

图2. 功能涂层在紫外通道内的二次固化(用一个透明显示窗口来作例子)

图3. 用激光来去除浇口(用一个透明显示窗口来作例子)

全都在控制之下 CoverForm工艺采用由KraussMaffei开发的动态模具加热(DMH)技术。模具的每半部分包含有两个加热平板。一个很靠近模腔，而另一个稍微远离模腔一点。在默认状态下，一个加热回路供应模具中的四个加热线圈。模具的加热和冷却通过转换靠近模腔的加热通道到更高或者更低的温度来进行。离模腔更远的加热通道用于保持温度水平稳定，并且起到热量储存的作用，用于有效的快速温度改变。因而模具能被很精确和快速地切换到不同的温度水平。 节省空间且有效的制造系统 由于创新的CoverForm系统解决方案将部件涂层集成到了其自身的注射成型加工过程中，它提供了大量的经济效益。只要一离开制造车间，涂层的部件就准备好用于安装 — 不像对传统下游涂层的情况。因而CoverForm消除了对于部件涂层的所有物流需求。它也提升了方法的经济性，因为CoverForm机器占用的空间比涂层线小得多。CoverForm生产的部件质量也是完美无缺的。由于当涂层充满模具内剩余空间时模具是关闭的，因此污垢不会进入部件表面和涂层之间的空间。此外，该方法使涂层厚度的波动最小化，因而减少了涂层材料的消耗。同时，部件的顶出速度很慢。 所有的这些优点的结合使得CoverForm方法对于生产必须具有高机械性能和耐化学物质的PMMA部件而言是节省空间、成本效率高并且高效的生产系统。 极好的表面性能 对样品部件的测试确认了CoverForm表面性能具有极好的使用特性。Taber耐磨测试（Taber abraser test）(图4)和沙滴测试（sand-trickling test）被用来研究涂层部件的耐磨性。在Taber测试中，试样表面被两个反向旋转摩擦轮来测试滑动磨损。在500g的接触力下， CoverForm试样中磨损引起的烟雾在500次循环后为6.4%。

图4. 在Taber耐磨测试中，CoverForm部件测得的值比得上用丙烯酸基漆涂层的树脂玻璃8N部件的值。

沙滴测试包括使限定颗粒尺寸的3kg沙子经过均匀的筛子从1.6m的高度落到试样上。其通过一个45°角度的轮盘来计数。在亮度减少现象方面的增加起到了对被破坏表面引起的光散射的测量作用。亮度值越低，沙子对部件表面产生的破坏就越小。在2.5cd/lxm2的情况下，带有棕色玻璃的CoverForm试样同样经受相同的测试。 借助于铅笔硬度仪和Erichsen 413划伤硬度测试，CoverForm试样的抗划伤性被进一步地进行了测试。铅笔硬度测试通过迎着试样表面45°的角度夹紧芯棒、然后在试样表面上推动芯棒来进行。增加芯棒的硬度来对测试进行重复，直到其尖端不能在试样表面留下有形的划痕为止。CoverForm试样的铅笔硬度结果是7H，同时未涂层PMMA和未涂层聚碳酸酯的值分别是5H和B。用聚硅氧烷处理过的聚碳酸酯回复到H的铅笔硬度。

图5. 按照Erichsen 413来测试划伤硬度

为了测定试样的划痕硬度，通过不同的钢针和一个可调节重量的杠杆的结合，径向刮擦得以测试(标题图片和图5所示)。根据飞轮一圈旋转后其能在试样表面留下可见、连续划痕所需的最小重量，试样的划痕硬度得以定量。除此之外，划痕硬度也可通过钢针的穿透深度来测定。穿透深度用Talysurf Stylus Profiler(制造商：英国Taylor Hobson公司)来测试。在此测试中，CoverForm试样比由紫外硬化涂层的PMMA或者聚硅氧烷涂层的聚碳酸酯制得的相当部件具有低得多的穿刺深度(图6)。

图6. Erichsen划伤硬度测试证实了CoverForm部件的机械稳定性

CoverForm涂层在防晒霜和护手霜中的耐化学物质性按照PV 3964来进行检查。霜被涂到试样上，然后试样被放在烘箱中在80℃下烘烤24小时。然后抗划伤性和涂层的粘结性被进行了测试。测试表明霜并没有改变涂层的抗划伤性或者破坏试样表面。此外，用霜处理的CoverForm表面获得了GT 0的等级。在耐候性试验中，CoverForm部件也表现出色。暴露在氙弧灯装置中4000小时后，对于表面的断面测定也回复了GT 0等级的值。 结论 对于表面必须具有抗划伤性和耐化学物质性的PMMA部件的生产而言，CoverForm是一种新方法。在CoverForm方法中，涂层在注射成型本身的过程中就进行了，并且不是在下游进行。这削减了制造成本。大量的材料测试表明其生成的表面具有极好的性能。(end)

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