Cetakan Injeksi Termoset dalam E-Mobilitas

Dr. Sascha Englich adalah seorang profesor teknik plastik di Steinbeis University of Berlin dan ahli bahan plastik dan teknologi proses di Schwarz Plastic Technologies*. Sebagai bagian dari seri blog tentang optimalisasi cetakan injeksi resin epoksi menggunakan kalorimetri pemindaian diferensial dan reologi, ia menjelaskan proses pencetakan injeksi termoset dan aplikasinya dalam enkapsulasi elektronik otomotif dalam artikel pertama ini. Selain itu, pentingnya analisis material, misalnya, DSC atau rotational rheometer, untuk desain komponen, cetakan, dan proses juga disajikan.

E-Mobilitas menempatkan tuntutan yang tinggi pada bahan: Mengapa termoset berkinerja lebih baik daripada termoplastik dalam enkapsulasi komponen elektronik.

Untuk banyak aplikasi, sifat-sifat plastik termoset menawarkan prasyarat yang ideal untuk desain dan pembuatan komponen yang efisien. Karena perilaku termomekanisnya yang sangat baik, yang - dibandingkan dengan termoplastik - hampir konstan hingga kisaran suhu yang sangat tinggi bersama dengan ketahanan kimiawi yang sama meyakinkannya dan sifat insulasi listrik, bahan termoset ditakdirkan untuk banyak aplikasi komponen dalam kondisi "keras". Bahan termoset menjadi pusat perhatian akhir-akhir ini, terutama karena persyaratan yang timbul dari aplikasi dalam e-mobilitas. Bahan ini ideal untuk apa yang disebut aplikasi enkapsulasi (Gambar 1).

Meskipun tampaknya tidak jauh berbeda, karena keduanya dimulai dalam bentuk pelet (Gambar 2), namun senyawa cetakan termoset dan termoplastik sangat berbeda satu sama lain. Hal ini berlaku untuk sifat material dan pengolahannya, misalnya, dengan cetakan injeksi. Alasan utama untuk ini adalah perilaku reaktif bahan termoset selama (dan dalam beberapa kasus bahkan sebelum) pemrosesan. Ini berarti bahwa - selain proses fisik - juga proses kimiawi (ikatan silang 3 dimensi) berlangsung, dan saling mempengaruhi dalam prosesnya. Fitur-fitur ini dan fitur khusus lainnya sehubungan dengan komponen cetakan termoset harus selalu diperhitungkan dalam desain mesin dan proses.

Suhu sebagai Faktor Penentu Keseluruhan

Aliran proses utama dalam pencetakan injeksi senyawa cetakan termoset sesuai dengan aliran proses termoplastik.

Fase proses plastisisasi, injeksi, mempertahankan tekanan penahanan, pemadatan/Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan dijalankan sebagai suatu siklus. Akan tetapi, masing-masing fase berbeda sehubungan dengan komponen mesin dan cetakan yang spesifik material serta parameter proses (Gambar 3). Perbedaan yang paling jelas pada awalnya adalah kontrol suhu "terbalik" semu. Senyawa cetakan termoset di plastisisasi selembut mungkin dalam silinder dengan temperatur media pada suhu hingga maks. 90°C (khusus material) untuk mencegah inisiasi dini dari reaksi ikatan silang. Ini juga termasuk tekanan balik moderat, kecepatan sekrup, dan tekanan akar sekrup. Sebagai lelehan yang sangat kental, mereka kemudian disuntikkan ke dalam cetakan yang sebagian besar dipanaskan secara elektrik. Sementara tekanan penahan diterapkan dan selama waktu Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan sisa (analog dengan waktu pendinginan sisa untuk termoplastik), Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. reaksi pengikatan silang / Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan kimiawi terjadi. Suhu cetakan hingga sekitar 180°C mempercepat proses ini. Dalam keadaan ini, material secara kimiawi terikat silang secara permanen dan tidak dapat lagi meleleh dengan peningkatan suhu. Bersamaan dengan fitur-fitur proses dasar ini, ada sejumlah detail spesifik material penting yang perlu dipertimbangkan, terutama yang berkaitan dengan cetakan dan desain proses.

Viskositas Rendah - Pemrosesan Lembut

Apa yang membuat plastik termoseting, seperti senyawa cetakan berbasis epoksi, begitu menarik untuk aplikasi enkapsulasi yang disebutkan di atas adalah viskositasnya yang rendah dalam keadaan plastis.

Meskipun ada juga termoplastik dengan viskositas leleh rendah (PA, PBT, PPS, dll.), sehubungan dengan prinsip proses penyuntikan lelehan panas ke dalam cetakan yang didinginkan dan menghasilkan pembekuan material pada dinding cetakan atau sisipan, namun demikian, batasnya cepat tercapai, khususnya apabila menyangkut sisipan elektronik yang sensitif dan ketebalan dinding yang tipis. Di sini, senyawa cetakan resin epoksi khususnya memiliki keunggulan, karena - tanpa langsung membekukan dinding cetakan - pemrosesan yang lembut, yaitu tekanan dan suhu rendah (bandingkan suhu massa termoset teknis>240°C, suhu cetakan termoset <180°C), dimungkinkan.

Mengapa Analisis Termal, Reologi, dan Simulasi Rheo-Kinetik Sudah Membantu Selama Desain Produk

Untuk juga mendapatkan manfaat dari keuntungan ini dalam proses ekonomis, tuntutan yang tinggi ditempatkan pada bahan dan cetakan. Viskositas rendah yang disebutkan di atas, khususnya ketika bersentuhan dengan dinding cetakan yang panas, membutuhkan cetakan yang tertutup rapat untuk menjaga flash seminimal mungkin. Hal ini memerlukan konsep ventilasi yang ditargetkan untuk memungkinkan udara yang terperangkap keluar dan untuk menghindari burner, misalnya. Dari sudut pandang teknik pemrosesan, ada dua persyaratan utama yang ditempatkan pada material. Pertama, viskositas harus serendah mungkin selama seluruh proses injeksi, yang dalam beberapa kasus dapat memakan waktu <10 detik dalam proses enkapsulasi. Tekanan penahan dan fase Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan berikutnya, disertai dengan peningkatan viskositas, harus secepat mungkin untuk mencapai siklus ekonomi yang singkat.

Agar dapat memenuhi persyaratan ini sehubungan dengan desain cetakan dan pemilihan bahan tanpa upaya eksperimental yang besar, disarankan untuk melakukan simulasi proses untuk mengoptimalkan cetakan, bahan, dan proses terlebih dahulu. Ada sejumlah solusi perangkat lunak yang tersedia di pasaran, yang semuanya memiliki kesamaan bahwa mereka memerlukan data material yang dapat dipercaya mengenai perilaku material rheokinetik (perilaku reologi yang bergantung pada reaksi) untuk representasi simulasi yang realistis dari proses flow-curing. Dengan demikian, reaktivitas kimiawi (reaksi pengikatan/Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan) dapat dianalisis (gambar 5) dan dievaluasi dengan menggunakan analisis DSC (Differential Scanning Calorimetry). Analisis viskositas dapat dilakukan dengan menggunakan rheometer rotasi (Gambar 6). Data spesifik material yang diukur dari kedua metode pengukuran kemudian dapat diilustrasikan dalam model matematika untuk melakukan loop optimasi secara simulatif dengan menggunakan berbagai paket perangkat lunak. Sebagai contoh, perangkat lunakNETZSCH Kinetics Neo dapat digunakan untuk menghitung efek skenario suhu yang berbeda (suhu cetakan, suhu lelehan) terhadap perilaku pengawetan untuk mencapai keseimbangan optimal antara pengisian cetakan bertekanan rendah yang bebas masalah dan pendinginan cepat berikutnya.

Untuk mempelajari lebih lanjut tentang pengukuran DSC yang diperlukan untuk aplikasi ini, bacalah tulisan berikutnya dari seri ini.

Untuk informasi lebih lanjut sebelumnya, kunjungi NETZSCH Menganalisis & Menguji.

^{*Schwarz Plastic Technologies adalah perusahaan konsultan untuk tantangan khusus dalam industri plastik dengan fokus pada teknik, teknologi proses, dan pemasaran khusus plastik.}