< Terug naar vorige pagina

Project

Ontwikkeling en optimalisatie van het hechtingsmechanisme tussen rubber en thermoplast in 2K spuitgieten

Succesvol twee-component (2K) spuitgieten van kunststoffen vereist een efficiënte productie en een optimale materiaalcombinatie. Voor de combinatie van een thermohardend rubber met een thermoplast is dit uitdagend gezien het verschil in temperatuurvereisten tijdens de verwerking. Om dit op te lossen ontwikkelde Bex et al. [1] een nieuw proces bestaande uit een matrijs met thermisch gescheiden vormholtes. Onderzoek omtrent twee-component spuitgieten is voornamelijk gefocust op procesoptimalisatie, maar diepgaand onderzoek naar de invloed van materiaalcomposities ontbreekt. Ook kennis over het hechtingsmechanisme tijdens dit proces ontbreekt nog in de wetenschappelijk literatuur. Daarom is een studie omtrent de invloed van de materiaalcompositie en bijbehorende hechtingsmechanismen nodig geacht om het proces te optimaliseren en om de economische haalbaarheid te verbeteren.

Hechting tussen ethyleen-propyleen-dieen rubber (EPDM) en een thermoplast is ideaal voor twee-component afdichtingstoepassingen dankzij de goede weerstand tegen compressie, een chemische omgeving en hoge temperatuur. Daarom werd de EPDM compositie onderzocht om de hechting met thermoplasten te verbeteren. Het rubbervulkanisatiesysteem maakt interdiffusie en/of co-vulkanisatie mogelijk en de efficiëntie van deze mechanismen is afhankelijk van de specifieke materiaalcombinatie. Daarbij vergemakkelijkt een rubberketenstructuur met toegankelijke bindingsplaatsen aan de interfase de hechting. Monomeerunits in rubber die ook aanwezig zijn in de ketenstructuur van de thermoplast verbeteren ook hechting, mogelijk door een betere compatibiliteit. Een toevoeging van olie als weekmaker verhoogt ook de ketenmobiliteit aan de interfase. De keuze in type vulstof blijkt dan weer voornamelijk af te hangen van de gewenste producteigenschappen.

Tijdens het twee-component spuitgieten is de hechting tussen rubbers en thermoplasten een complex fenomeen. Om een goede hechting te induceren is optimaal contact tussen beide materialen nodig. Daarom werd een geavanceerde contacthoektechniek onderzocht die beter de condities van het effectieve hechtingsproces nabootst. Deze techniek toonde aan dat de bevochtiging niet direct gerelateerd kan worden aan de hechtingssterkte. Tijdens het spuitgieten wordt contact tussen beide materialen namelijk gedwongen waardoor interdiffusie en/of co-vulkanisatie domineren. Om deze co-vulkanisatie aan te tonen werd een methodologie ontwikkelt waarbij een onderscheid gemaakt kon worden tussen reactieve en fysische bevochtiging. Tijdens de co-vulkanisatie kunnen verschillende chemische reacties plaatsvinden tussen EPDM en de thermoplast. Daarom werden de bijhorende chemische reacties verduidelijkt. Bovendien werd aan de hand van interfasekarakterisatietechnieken een interdiffusiezone gevonden van maximum enkele micrometers. Mogelijks dragen de ketenverstrengelingen dus erg bij tot een sterke adhesie.

Bij de hechtingsoptimalisatie moet een rubbercompositie gekozen worden binnen de productvereisten waarbij de cyclustijd minimaal is. Daarom werden materiaalselectierichtlijnen opgesteld. Voor EPDM met polypropyleen werd een gedetailleerdere selectiemap voorzien gezien de hoge industriële relevantie ervan, vb. voor afdichtingstoepassing in elektrische auto’s. Een validatie bevestigde het belang van een synergie tussen goede hechting en vereiste producteigenschappen. Bovendien is ondanks de goede hechting een recyclage mogelijk aan het einde van de levensduur door hergebruik in thermoplastische vulkanizaten.

 

Datum:16 aug 2017 →  12 nov 2021
Trefwoorden:2K injection moulding, Thermoplastics, Thermoset rubbers, Adhesion
Disciplines:Keramische en glasmaterialen, Materialenwetenschappen en -techniek, Halfgeleidermaterialen, Andere materiaaltechnologie
Project type:PhD project