Содержание
- 1. Для чего нужна разделительная смазка и почему это важно
- 2. Четыре типа по химической основе: на основе растворителей, на водной основе, полупостоянные и внутренние
- 3. Выбор по области применения: эластичный, жёсткий и интегральный ППУ, напыление
- 4. Способы нанесения, дозирование и подготовка формы
- 5. Ограничения выбросов ЛОС, безопасность персонала и тенденции регулирования
1. Для чего нужна разделительная смазка и почему это важно
Разделительная смазка представляет собой тонкий химический слой, который наносят на поверхность формы перед тем, как залить, впрыснуть или напылить в неё полиуретан. Смазка препятствует сцеплению (адгезии) отверждающегося полимера со стенкой формы, и готовое изделие извлекается чисто: без разрывов, задиров и налипших остатков. Без неё полиуретан прочно сцепляется со сталью, алюминием, композитами и большинством других материалов, из которых делают формы. Та же химия, благодаря которой полиуретан так хорошо склеивает слои при производстве панелей, начинает мешать, когда пену нужно извлечь из формы.
На первый взгляд цена ошибки невелика, но потери быстро накапливаются. Неподходящая разделительная смазка увеличивает время цикла: съём занимает больше времени, требует большего усилия и больше ручной работы оператора. Она сокращает срок службы формы, потому что каждое прилипшее изделие ещё немного царапает её поверхность. Она вызывает дефекты поверхности: перенос смазки на изделие, точечные поры, неравномерный блеск. Кроме того, если остатки смазки переходят на изделие, во многих случаях страдают последующие операции: окраска, склеивание, ламинирование. Для крупносерийного производства формованных изделий разделительная смазка, которая стоит на 2 % дороже за килограмм, но продлевает срок службы формы на год, однозначно выгоднее.
2. Четыре типа по химической основе
Разделительные смазки на основе органических растворителей. Исторически именно они были стандартным решением. Активный разделительный компонент (обычно воск, силикон или фторполимер) растворён в летучем углеводородном растворителе. Смазку наносят распылением на чистую форму, растворитель испаряется за считаные секунды, и на поверхности остаётся тонкая разделительная плёнка. Смазки на основе растворителей работают быстро и предсказуемо и допускают широкий диапазон температур формы. Однако они выделяют значительное количество летучих органических соединений (ЛОС), и это создаёт давление как со стороны надзорных органов, так и со стороны охраны труда. Многие переработчики до сих пор применяют их там, где альтернативные смазки пока не обеспечивают такого же короткого цикла.
Разделительные смазки на водной основе. В них используются те же активные разделительные компоненты, но они не растворены в растворителе, а диспергированы или эмульгированы в воде. Содержание ЛОС резко снижается: сокращение часто составляет от 80 до 95 %. Однако для высыхания таких составов нужно больше энергии, температуру формы приходится выдерживать точнее, а холодная или загрязнённая форма смачивается иначе, чем при работе со смазками на основе растворителей. Современные смазки на водной основе разрабатывают с комплексами ПАВ, которые обеспечивают быстрое высыхание. Сегодня они стали стандартным выбором на большинстве новых линий: этого требуют и экологические нормы, и защита персонала от воздействия вредных веществ.
Полупостоянные разделительные смазки. В их основе лежат реакционноспособные составы (обычно силикон или фторполимер со сшивающими группами), которые химически связываются с поверхностью формы при первом нанесении и в течение первых нескольких циклов отверждения. Когда слой сформирован, одного нанесения хватает на десятки или даже сотни съёмов в зависимости от геометрии детали и полиуретановой системы, и только после этого слой нужно обновлять. Полупостоянные смазки сокращают трудозатраты в каждом цикле, дают очень стабильное качество поверхности и являются стандартным решением для формованных деталей с высокими требованиями (детали внутренней отделки салона автомобиля, изделия из интегрального ППУ). При этом они требуют более тщательной подготовки формы и более чувствительны к загрязнениям.
Внутренние разделительные смазки (IMR). Это совершенно другая категория. Такую добавку не наносят на форму, а вводят в полиольный компонент полиуретановой системы. Активное вещество (часто стеарат цинка, эфир жирных кислот или модифицированный силикон) во время отверждения мигрирует на границу между изделием и формой и работает как разделительная плёнка. Внутренняя смазка позволяет линии работать совсем без внешнего нанесения и широко применяется в крупносерийном производстве по технологии RIM (реакционное литьё под давлением) для деталей из интегрального ППУ и некоторых формованных изделий из жёсткого ППУ. Обратная сторона такого решения состоит в том, что разделительные свойства труднее настраивать независимо от рецептуры полимера.
3. Выбор по области применения
Формование эластичного ППУ (автомобильные сиденья, подголовники, подушки при среднесерийном выпуске). Чаще всего здесь применяют внешние разделительные смазки на водной основе в сочетании с внутренними разделительными добавками в полиольном компоненте. Качество поверхности важно, но изделие обычно закрывают обивкой или чехлом, поэтому на первый план выходят скорость съёма и производительность оператора. Полупостоянные смазки постепенно завоёвывают позиции там, где это позволяют цикл линии и подготовка форм.
Формованные изделия из жёсткого ППУ (корпуса холодильников, баки для воды, декоративные профили). Жёсткий ППУ очень сильно прилипает к большинству материалов форм, поэтому ему нужна разделительная плёнка, достаточно прочная, чтобы выдержать более высокое давление в форме. Здесь преобладают смазки на водной основе и полупостоянные смазки, а внутреннюю смазку применяют там, где это позволяет геометрия детали.
Детали из интегрального ППУ (рулевые колёса, подлокотники). Разделительная смазка должна обеспечить качественную поверхностную корку при быстром цикле формования: пригодную для окраски, глянцевую или матовую в соответствии со спецификацией, без точечных пор и следов переноса смазки. Основным решением здесь являются полупостоянные смазки, иногда в сочетании с небольшой дозой внутренней смазки для дополнительного запаса надёжности. Любой дефект поверхности здесь сразу видит заказчик, поэтому этот сегмент наиболее чувствителен к выбору разделительной смазки.
Напыляемые полиуретановые системы (теплоизоляция кровли, гидроизоляция, промышленные покрытия). Здесь разделительные смазки играют меньшую роль: материал наносят на основание, и целью как раз является хорошая адгезия к нему. Там, где отделение всё же нужно (напыление на временную оснастку или в форму), обычно применяют смазки на водной основе. Если же материал напыляют на постоянное основание, контролировать нужно не разделение, а подготовку поверхности.
4. Способы нанесения, дозирование и подготовка формы
Распыление. Самый распространённый способ. Для мелкосерийных деталей подходит ручной распылитель, на крупносерийных линиях ставят автоматические распылительные головки на подвижной штанге, а детали сложной формы обрабатывает робот. Равномерность разделительной плёнки зависит от расстояния распыления, давления, формы факела и перекрытия проходов. Если смазки мало, изделие прилипает; если её слишком много, на форме накапливаются остатки.
Нанесение протиркой и окунанием. Применяется для мелких деталей, при изготовлении прототипов и при техническом обслуживании. Протирка обеспечивает полный контакт, но результат зависит от оператора. Окунание подходит для закладных элементов и деталей оснастки, которые можно опустить в ванну и затем извлечь.
Подготовка формы. Новой форме (или форме, которую только что очистили до металла) перед началом обычного производства, как правило, нужна подготовка по определённой схеме. Сначала наносят более толстый слой смазки, затем проводят несколько циклов при пониженном давлении, чтобы сформировать разделительную плёнку, и только после этого переходят на стандартную дозировку. Пропуск этого этапа является самой частой причиной проблем со съёмом изделий в первые часы новой смены или работы с новой формой.
Остатки смазки и периодичность очистки. Любая разделительная смазка оставляет на форме остатки, и они накапливаются от цикла к циклу. Со временем это приводит к изменению блеска поверхности, появлению точечных пор или отдельных участков, где изделие начинает прилипать к форме. Для каждой разделительной смазки существует рекомендуемый интервал между очистками (как правило, от 200 до 2000 циклов в зависимости от химической основы и детали) и рекомендуемый способ очистки: протирка растворителем, абразивная обработка или химическое удаление слоя. Именно соблюдение рекомендуемого интервала отличает хорошо обслуживаемую линию от линии, которую приходится останавливать раз в месяц.
5. Ограничения выбросов ЛОС, безопасность персонала и тенденции регулирования
Европейское регулирование выбросов ЛОС включает требования к выбросам растворителей по Директиве 2010/75/EU (приложение VII) и национальные нормы, принятые на её основе. Оно ограничивает выбросы летучих органических соединений от промышленных установок для нанесения покрытий и формования. Предприятия, превышающие пороговые значения, обязаны декларировать выбросы и сокращать их. Для этого сочетают переход на другие составы (с меньшим содержанием растворителей или на водной основе), очистку выбросов (дожигание, адсорбция на активированном угле) и планы управления выбросами. На практике это последовательно подталкивает предприятия к отказу от смазок на основе растворителей в пользу смазок на водной основе и полупостоянных составов.
Воздействие вредных веществ на работников регулируют законодательство ЕС об охране труда и аналогичное законодательство Турции в этой области (İSG). Они устанавливают предельно допустимые концентрации в воздухе рабочей зоны для активных компонентов и растворителей, в которых эти компоненты содержатся. Многие традиционные растворители (толуол, ксилол, метиленхлорид) либо уже прямо ограничены, либо имеют жёсткие нормативы ПДК, и это подталкивает переработчиков к альтернативным решениям. Регистрация по REACH и декларирование SVHC распространяются на компоненты разделительных смазок, поставляемые на европейский рынок, а для внутреннего рынка Турции параллельно действует регламент KKDIK.
Долгосрочная тенденция очевидна. Смазки на водной основе и полупостоянные составы продолжают вытеснять смазки на основе растворителей, внутренние смазки находят всё больше применения там, где это позволяет полимерная система, а в сегментах с менее строгими требованиями появляются разделительные компоненты на биологической основе. Если переработчик планирует новую линию или капитальное обновление форм, наименее рискованным выбором будет смазка на водной основе или полупостоянная смазка. Такой выбор оправдан и с точки зрения соответствия нормам, и с точки зрения эксплуатационных затрат на ближайшие десять лет.