قالب گیری فرآیندی است که در طی آن موادی در حالت مذاب یا مایع به درون قالب ریخته می شوند و در آنجا شکل می گیرند. در قالب گیری پلی یورتان، فرآیندها با توجه به حالت و خواص مواد اولیه سیال و هندسه محصول تولید شده، اصلاح می شوند.
پلی یورتان، ماده ای بسیار منعطف است که می تواند به شیوه های متعددی با توجه به نیاز صنعت و کاربرد در صنایع، شکل دهی، قالب گیری و تولید شود.
قالب گیری ریخته گری
در این روش قالب گیری، مواد به سادگی می توانند به روش دستی یا توسط دستگاه (به صورت خودکار) به درون قالب ریخته شوند. تجهیزاتی که برای این روش لازم است با توجه به طراحی قطعه و توناژ تولید تعیین می شوند. به عنوان مثال، هر چه محصول تولیدی اجزای پیچیده تری داشته باشد، به تجهیزاتی پیچیده تری نیز نیاز دارد. از آنجایی که مواد فوم ها پس از ریخته گری دچار انبساط می شوند، قالب باید به گونه ای باشد که فشار ناشی از این انبساط را تحمل کند.
به جرأت می توان گفت که ساده ترین شیوه برای تولید قطعات پلی یورتانی، ریختن (ریخته گری) مواد در قالب است. قالب هایی که برای قطعات ریخته گری پلی یورتان استفاده می شوند می توانند با استفاده از مواد متنوعی از جمله آلومینیوم، سیلیکون، ترموپلاستیک های سخت و یا فولاد تولید شده باشند. ریخته گری مواد در فشار پایین یا تنها به کمک نیروی گرانش صورت می گیرد بنابراین، تجهیزات مربوط به این فرآیند چندان گران قیمت نیستند.
قالب گیری تزریقی
قالب گیری تزریقی، روشی متداول برای تولید قطعات پلی یورتانی است. از این شیوه، هم برای پلی یورتان های ترموست و هم برای ترموپلاست ها می تواند استفاده شود. در این روش، مواد حرارت دهی و ذوب می شوند و امکان جریان یابی درون قالب بدست می آورند. در این روش، اکسترودر مواد مذاب پلیمری را با فشار بالا به درون قالب تزریق می کند.
پلی یورتان از زمانی که وارد قالب می شود واکنش پخت آن آغاز می گردد. با پخت شدن، مایع سخت و به شکل محصول نهایی مبدل می گردد. این فرآیند، با اعمال حرارت یا با استفاده از عوامل پخت برای ایجاد اتصالات عرضی انجام می شود. پس از اتمام فرآیند پخت، قطعه پلی یورتان از درون قالب خارج و در دمای محیط سرد می شود. محصول نهایی این روش، می تواند جامد، نیمه جامد و یا دارای ساختاری سلولی باشد.
این فرآیند، مشابه با روش ریخته گری است اما بین آنها تفاوت هایی وجود دارد. در روش قالب گیری تزریقی، مواد با فشار بالا درون قالب تزریق می شوند در نتیجه، برای ساخت قالب آنها به موادی مستحکم تر، همچنین، صرف زمان و هزینه بیشتر نیاز است.
قالبگیری تزریقی واکنشی
این فرآیند مشابه با قالبگیری تزریقی است. با این حال، تفاوت اصلی در نوع مواد اولیه مصرفی است. در قالبگیری تزریقی (RIM) از اجزای پیش پلیمری به حالت مایع استفاده می شود که در ابتدا، در مخازنی جدا از یکدیگر نگهداری می شوند. سپس مواد به داخل سر دستگاه (میکس هد) هدایت و در آنجا با هم ترکیب می شوند. این روش تنها محدود به مواد پلی یورتانی ترموست می شود (به صورت خیلی محدودی برای رزین های ترموپلاستیک نیز بکار می رود).
در این فرآیند، دیگر نیازی به حرارت دهی به مواد (مخلوط پلی یورتان) و ذوب آنها پیش از تزریق به داخل قالب نیست. در نتیجه، در این روش مواد به محض اختلاط به داخل قالب تزریق می شوند. موادی که برای این فرآیند استفاده می شوند، رزین هایی با ویسکوزیته پایین هستند که موجب سهولت در فرآیند تزریق آنها به قالب می شود. همچنین، از آنجایی که قالب گیری تزریقی واکنشی روشی بسیار رایج برای تولید قطعات پلی یورتانی است، در ادامه به مقایسه این روش با سایر روش های قالب گیری پرداخته خواهد شد.
مقایسه قالبگیری تزریقی با قالبگیری تزریقی واکنشی
قالبگیری تزریقی واکنشی یکی از رایج ترین انواع روش های قالب گیری است. این روش بسیار مشابه با روش قالبگیری تزریقی است با این تفاوت که بجای مواد ترموپلاستیک، از مواد ترموست استفاده می شود. هنگامی که مواد به حالت مایع با فشار بالا به درون قالب تزریق شدند، واکنش پخت آنها آغاز می شود. با انجام شدن فرآیند پخت، اتصالاتی شیمیایی درون ماده ایجاد می شود که دیگر با حرارت دهی از بین نمی روند و محصول بدست آمده قابلیت ذوب و شکل دهی مجدد را برخلاف مواد ترموپلاستیک نخواهد داشت.
در جدول زیر مزیت های هر روش به طور خلاصه آورده شده است:
تفاوت قالب گیری ریخته گری با قالبگیری تزریقی واکنشی
قالب گیری ریخته گری و RIM از روش های متداول تولید پلی یورتان های ترموست محسوب می شوند. اما بین این دو روش، تفاوت هایی وجود دارد:
- روش ریخته گری
در این روش، مواد در حالت مایع به درون قالبی باز یا بسته ریخته می شوند و تا زمانی که پخت شوند درون قالب باقی می مانند. می توان گفت این شیوه فرآیندی، به قدری ساده است که مشابه با روش اختلاط مواد به حالت دستی عمل می کند یا به قدری پیچیده است که مشابه با فرآیندی تمام خودکار (اتومات) صورت می گیرد. برخلاف دیگر روش های فرآیندی، روش ریخته گری روشی است که به طرز چشم گیری می تواند سفارشی سازی شود تا الزامات طراحی و کارایی را به خوبی پاس کند. به طور کلی، قالب گیری ریخته گری زمانی که نیاز به تهیه نمونه اولیه در مقادیر کم تا متوسط باشد، بکار می رود.
- روش تزریقی واکنشی
این روش، مشخصه های مطلوب پلی یورتان های ترموست با سازش پذیری شیوه قالب گیری تزریقی را با هم به طور همزمان دارد. به بیان دیگر، این روش برای مواد ترموستی استفاده می شود که داخل قالبی بسته و از جنس فلز، تحت حرارت و فشار اعمال می شوند و واکنش شیمیایی بین مواد، درون قالب صورت می پذیرد. موادی که در این فرآیند استفاده می شود مشابه با روش ریخته گری است اما این شیوه فرآیندی کنترل شده، اغلب انتخابی ایده آل برای تولید در حجم بالا و برای قطعاتی با هندسه پیچیده استفاده می شود که عملا دستیابی به آنها با روش ریخته گری غیرممکن خواهد بود.
در حقیقت، قالب گیری تزریقی واکنشی در دو حالت قالب باز و قالب بسته می تواند انجام شود و تفاوت این دو روش، در شیوه ساخت قالب و شیوه تزریق مخلوط پلی یورتان به درون قالب است. در RIM قالب باز، عموما قالب از دو قسمت تشکیل شده است که به کمک گیره ای به یکدیگر متصل شده اند. این حالت، مشابه با روش ریخته گری است که رزین به داخل قالب ریخته می شود. RIM قالب باز، اغلب برای تولید قطعات در حجم کم یا تولید قطعات با مساحت بالا بکار می رود.
در RIM قالب بسته، مخلوط واکنش (پلی ال و ایزوسیانات) با فشار بالا به درون قالب دو قسمتی تزریق می شود (در زمان تزریق دو قسمت بر روی یکدیگر قرار داده می شوند). این حالت، اغلب برای تولیدات در حجم بالا یا برای قطعاتی با شکل هندسی پیچیده استفاده می شود. به کمک روش قالب بسته، قطعات تولیدی دقت ابعادی بالاتری را علاوه بر نسبت استحکام به وزن بیشتر، خواهند داشت. همچنین، کیفیت سطح محصول تولید شده بهتر خواهد بود.
در نهایت لازم به ذکر است که علاوه بر مواد شیمیایی اصلی تشکیل دهنده فوم های پلی یورتانی، افزودنی های دیگری از جمله کاتالیست ها، عوامل فعال سطحی و عوامل فوم زا نیز در واکنش تولید فوم با خواص مطلوب نقش دارند. RIM در حقیقت روشی پیشرفته برای قالب گیری قطعات یورتانی در حالت مایع است که در مقالات بعدی به تفصیل در مورد آن صحبت خواهد شد.
