Decoratietechniek kent veel variaties (6)
John Düring, Bart Voogd en Gerard Greutink.
Om het achterspuiten van folie niet te beperken tot vlakke of nagenoeg vlakke producten zijn er, naast methoden om folie voor te vormen tot een preform, applique of insert, ook folies ontwikkeld die een extreme vervorming toelaten. Dit is deel 6 in een reeks artikelen over achterspuiten om kunststofproducten te decoreren.
Door gebruik te maken van een preform of extreem flexibele folie kan niet alleen méér van het productoppervlak gedecoreerd worden, het is zelfs mogelijk om een product met een ondersnijding te decoreren (folie-om-de-rand). Verder wordt het daardoor mogelijk om goedkoper substraat, zoals regeneraat of recyclemateriaal, toe te passen. Het vervormen van een folie tot een preform kan zowel buiten, als in de matrijs gebeuren, als een aparte processtap of als onderdeel van de spuitgietcyclus. Wat mogelijk is hangt af van de geometrie van het product en van de eigenschappen van de folie. Indien de folie niet opgewarmd hoeft te worden om te vervormen spreekt men van koudvormen, dit in tegenstelling tot warm- of thermovormen. Pas bij het achterspuiten zal de preform door de interne matrijsdruk de contouren van de matrijsvormholte gaan volgen en hoeft daarom vooraf niet exact de uiteindelijke productvorm te hebben. Ondanks de hoge temperatuur van de smelt bij het achterspuiten, is het vervormen van folie in de matrijs te beschouwen als koud vervormen. Door de relatief korte injectietijd krijgt de folie namelijk onvoldoende kans om homogeen op te warmen. In de bijgaande tabel worden de gebruikte technieken weergegeven om een preform te maken. De technieken zullen kort besproken worden.
| Buiten de matrijs | In de matrijs | |
| Warmvormen | Membraanpersen Vacuümdieptrekken | Vacuümdieptrekken |
| Koudvormen | HPF Hydroforming | MMT |
Vacuümdieptrekken en membraanpersen.
Zowel vacuümdieptrekken als membraanpersen zijn bekende standaard technieken om kunststoffolie te vervormen. De folie wordt hierbij vooraf verwarmd. Bij dieptrekken is het aangebrachte vacuüm, eventueel gecombineerd met mechanische hulpmiddelen, de drijvende kracht om de folie te vervormen. Bij membraanpersen wordt gebruik gemaakt van een rubberen membraan waardoor het mogelijk is om behalve een vacuüm ook een positieve druk aan te brengen. Membraanpersen laat weliswaar grotere drukverschillen toe, maar daarentegen geen mechanische hulpmiddelen. In het algemeen wordt vacuümdieptrekken toegepast voor grote dieptrekratio’s bij kleine persvelden, en membraanpersen voor geringe dieptrekratio’s bij grote persvelden [1]. Vacuümdieptrekken wordt toegepast om, als onderdeel van de spuitgietcyclus, in een matrijs een preform te maken en deze vervolgens in-situ te achterspuiten tot een gedecoreerd product. De folie wordt hierbij in een spanraam vóór de matrijsholte geplaatst en door infraroodstralers verwarmd. Als de folie voldoende verwarmd is, wordt deze door een aangelegd vacuüm in de matrijsholte gezogen tot de preform.
HPF en Hydroforming
Zowel HPF (High Pressure Forming) als Hydroforming gebeurt zonder opwarming van de folie. Bij HPF wordt de vervorming in een kort tijdsbestek uitgevoerd met behulp van luchtdruk die de folie in de gewenste vorm brengt (zie figuur 1). De gebruikte drukken liggen hierbij in de orde van 50 tot 300 bar afhankelijk van de dikte van de folie en de geometrie van het product [2,3]. Hydroforming is vergelijkbaar met HPF met het verschil dat er nu, in plaats van lucht, een vloeistof als medium gebruikt wordt om de folie te vervormen (zie figuur 2). Zowel HPF als Hydroforming zijn voorbehouden aan folies op basis van amorfe kunststoffen zoals PC en PC-blends die koudvormen toelaten. HPF wordt bijvoorbeeld op grote schaal toegepast bij het maken van de behuizingen voor telecommunicatie apparatuur.
Koudvormen
MMT Bij MMT of Matched-Metal-Tooling zorgt de matrijs voor het vervormen van de folie. Nadat de matrijs helemaal gesloten is zal tijdens het achterspuiten de folie de definitieve productvorm krijgen. De folie dient dan niet alleen zeer flexibel en makkelijk deformeerbaar te zijn, maar er worden ook hoge eisen gesteld aan het matrijsontwerp. Een voorbeeld van een folie die aan de gestelde eisen voldoet, is een laminaat bestaande uit een fluoropolymeer met een TPO-onderlaag. De fluoropolymeer zorgt voor een uitstekende deformeerbaarheid terwijl de TPO-laag een goede hechting toelaat met een compatibel substraat. Een onderlaag op basis van ABS, PC of PC-blends geeft de mogelijkheid om andere substraten te kiezen [4,5]. Hoewel de techniek van MMT gezien kan worden als het ultieme proces om een product te decoreren, blijft de praktijk beperkt tot producten met een milde productgeometrie. Dit ondanks speciale matrijzen om de folie nog beter voor te vormen (zie figuur 3) [6]. Ook de relatief hoge prijs van de geschikte folies beperkt de toepassing.
Opmerkingen
Het snijden of trimmen van de preform kan vóór of na het achterspuiten gebeuren. Integreren van de snij- of trimfunctie in de matrijs is weliswaar mogelijk, maar maakt deze complexer en duurder. Bij het vervormen van de folie maakt het een groot verschil of dit positief (uitgaande van de zichtzijde) of negatief uitgevoerd wordt. De deformatie van de folie gebeurt daarbij namelijk op andere plaatsen. Afhankelijk van het te decoreren product zal een keuze gemaakt moeten worden. Bij vervormen in de matrijs is er geen keuze omdat dan sprake is van negatief vormen.
Literatuur
[1] Düring, J.; Kosok, U.: Hinterspritzen von Folienhauben. Kunststoffe 85 (1995) 6, blz 772-773.
[2] Niebling, C.; Wank, J.: Verfahren zur Herstellung eines dünnwandigen, tiefgezogenen Kunststoff-Formteils und dessen Verwendung. Duits patent: DE-3840 542 (1988).
[3] Bayer AG: Spritzgußteile mit Oberflächen-Dekor: Vergleich der Verfahren. (1993).
[4] 3M Automotive Division: 3M In-Mold-Surfacing Film (1995).
[5] Rexam Industries Corporation: Surfacing film with thermoformable carrier layer. Wereldpatent WO92/05030 (1990).
[6] Engel Maschinebau GmbH; Folienverformung und 90° Umbug mit Spannrahmensystem und voreilenden Kern im Spritzgießwerkzeug. Oostenrijks patent AU 398 404 B ( ).
Figuur 1: High Pressure Forming (HPF) [2,3].
Figuur 2: Hydroforming [3].
Figuur 3: matrijsdesign voor in-situ vervormen en achterspuiten [6].