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用于LCP加工的均衡热流道技术

来源:荣格-《国际塑料商情》 发布时间:2021-08-30 892
化工塑料橡胶塑料加工设备模具及零件材料处理、计量与检测原料及混合物添加剂及母粒其他增强塑料 技术前沿
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除了机械强度高、功能多样和坚固耐用的特性之外,聚合物材料还因其能够阻隔电流而成为电气行业的首选。HARTING将液晶聚合物(LCP)材料用于连接器生产,因为它有助于复杂的薄壁成型部件的生产。LCP加工需要能够确保热平衡均匀的热流道系统。

“更薄、更轻、更稳定和更安全”可用于准确地描述人们对电气电子(E+E)部件所用聚合物的要求。这些要求还可以加上“为超薄壁部件和小部件提供良好的流动性”、“为金属替代应用提供高刚性和高冲击强度”。但是,使聚合物应用于E+E变得复杂的通常是与安全相关的审批障碍。


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例如,材料通常应添加阻燃剂,但它们不能对电气绝缘性能和机械性能产生较大的影响。在加工过程的金属腐蚀和元器件的电气接触性能同样重要。其依据是,即使在严苛条件下(例如:在潮湿的热带气候中遇到的温度持续升高),元器件也必须实现电气操作。这就是为什么世界领先的工业连接器技术供应商Espelkamp Harting Technology Group将数据、信号和电源称作“工业三大生命线”的原因。


该公司由威廉(Wilhelm Harting)和玛丽(Marie Harting) 于1945年创立,最初只生产电炉、熨斗、华夫饼烤模和节能灯泡等日常用品,但之后发展成为了连接器的市场领导者之一。目前,Harting主要为机械工程、风能、交通和自动化技术以及汽车行业提供研发和生产工业连接器,并提供定制化的一站式解决方案。在过去十年里,该公司还是工业4.0的推动者之一。

复杂换来的简单


在日益电气化和数字化的世界里,“连接器”这个简单的元器件是电气电子连接的关键。从本质上来说,它是能够充分利用电气、电子和光信号传输系统的元器件。连接器的设计考虑了使用场所和所需的传输质量,因此它们是预期目的和计划应用的最佳解决方案,此外它还考虑了技术环境和经济要求、高效制造、当前和未来技术的适应性、更快的数据传输速率、更高的性能和可靠性。聚合物的加工公差可以控制在百分之几毫米至千分之几毫米的范围内,其应用越来越受到关注,因此,上述描述还可以加上“电子设备逐渐小型化”。


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以Harting的MicroTCA背板连接器(标题图)为例。MicroTCA代表着微型电信计算架构,这是一种管理着模块设计和完整基础系统的开放标准。MicroTCA规范描述了一般的机械、电气、热和管理特性。Harting连接器是第一个被推荐用于传导冷却MicroTCA系统的连接器,可用于恶劣的工业和运输环境。


为此,Harting选用了液晶聚合物(LCP),因为它适用于生产复杂的薄壁成型部件。LCP还以其阻燃性、高温下的尺寸稳定性、耐化学性、低热膨胀以及良好的机械性能而著称。此外,该聚合物在很宽的温度范围内都耐水解、弱酸和弱碱、醇、芳烃、氯化烃、酯、酮以及所有会导致应力开裂的化学品,强氧化性酸和强碱除外。耐候性以及抗伽马和短波辐射性能也相对良好。


一部分LCP材料具有阻燃性(UL94等级V0),除了耐电痕性,它们还具有优异的电气特性。LCP的耐热性高达240 °C,短时间甚至可达340 °C,还可承受无铅焊接过程中常见的热应力。因此,Harting将LCP用于其创新的har-flex等连接器系列。

热分布优异的热流道喷嘴


热流道系统是加工LCP的理想选择,因为它们能够确保均匀的热平衡。这一点之所以重要,是因为LCP等高性能聚合物对温度变化极其敏感。热流道喷嘴的优势在于它们在注射和计量期间能够确保优异的热分布。“较窄的流道横截面对于加工而言至关重要。”德国Harting Electronics公司的注塑团队主管Mark Gosewehr解释道。他在该公司工作超过23年。在塑料制模工的学徒期结束之后,他成为了一名塑料工程师。目前,他负责Harting聚合物成型车间的模具维护,该车间还与模具制造部门协作进行模具优化。


“我们在埃斯珀尔坎普工厂有32台注塑机在运行,它们主要来自阿博格、ENGEL、Ferromatik和耐驰特,此外还有约420套注塑模具。”他说道。该部门还利用其丰富的实践经验来设计和修改大量新模具(图 1)。


Gosewehr 继续说道,“这正是Günther热流道技术发挥作用的地方。因为,在加工LCP时,我们可以通过热流道系统节省大量材料。这就是我们与Günther热流道技术公司合作了20多年的原因。”Günther销售代表Hartmut Schmidt表示,“我们拥有丰富的LCP加工经验,这一点对Harting来说非常重要。加工LCP需要保持精确的温度曲线并正确平衡流道,只有这样才能确保合理的流量流向所有模腔。这一点最为重要。”
 
热流道中的热平衡是关键


该系统的设计考虑到了这样一个事实——由于LCP是液晶结构,其粘度会随着剪切速率的升高而下降。Günther热流道系统的特点之一是温度控制均匀,热流道和模具之间具有良好的热阻隔。分流道熔体通道和热流道喷嘴的横截面都做得更小,以便加工LCP。


配备了4NFT60S喷嘴的16腔针式驱动器被安装用于μTCA带材的包覆注塑。该喷嘴具有扁平外壳,因此喷嘴之间的距离可以保持在最小限度(图2)。为了使聚合物的粘度保持在较低水平,浇口相对于注射量来说很小。“16个喷嘴的注射重量约为1.5克,周期时间约为7.5秒。”Gosewehr说。Schmidt补充道:“当然,1.5克分布在16个喷嘴上并不是多大的吞吐量。这也是为什么热流道的热平衡必须正确——我们不能承受任何温度峰值。”
 
装在注塑机上端的冲片式蓄能器


Schmidt的这句话不可小觑,因为许多独立的部件都是在这个模具里成型的。其中之一是装入模具的冲压带。“MicroTCA PCB连接器的触点是按特定顺序封装的,它们之间嵌入了接地片,成为卡缘连接器。85个触点首尾相连,形成了印刷电路板的背板。”Gosewehr解释道(图3)。


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卷状冲压带来自电镀车间,已经过冲孔和电镀。接下来它们被焊接在一起形成连续的条带。为了使工艺尽可能无缝衔接并对任何中断或卷筒更换进行补偿,注塑机的上端连接了一个带材蓄能器。在包覆成型之前,首先进行二次冲孔操作。第一次冲孔操作是在带材创建时完成的,第二次用于稍微倾斜触点并使其可接触。然后,带材通过自动进料器进入注塑模具。摄像头用于检查其定位是否正确(图4)。成型机的下端是一个分离单元,触点在此处分离。


Hartmut Schmidt再次强调:“我们必须考虑许多与模具和机器有关的因素。这就是为什么我们需要非常稳定的热流道热平衡。”Gosewehr补充道:“尽管LCP很少吸水,因此具有良好的尺寸稳定性,但我们仍使用露点为–40°C的干燥机将残留水分降到0.02%的目标值。在加工前仔细烘干材料能够显著改善模塑部件的性能。”

25年LCP加工经验


在处理这种简单而又复杂的背板时能够得到Günther 热流道技术公司的专家的协助是大有裨益的。Gosewehr总结了连接器简单的复杂性:“只有确保所有平衡和设计正确才能使所有模腔都正确连接,即确保它们用熔体温度为340 °C的LCP均匀且完全地填充需要一定的经验。当我们与Günther专家合作时,我们能确保自己处理得非常好。”


来源:荣格-《国际塑料商情》


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