zastřikování skla

Společnosti KH se přesto podařilo zastřikovat skleněné destičky různých tvarů tak, aby kolem nich plast vytvořil jakýsi „rám okna“ a zároveň je integroval do okolní geometrie součásti. Vývoj tohoto řešení trval pět let. Výzvou bylo umístit čočky do formy tak, aby v ní volně „plavaly“, a bylo tak možné v jediném kroku kompletně zastříknout jejich okraj. První okénko, na kterém byla nová technologie vyvíjena, mělo průměr několik milimetrů a tloušťku přibližně jeden milimetr. Bylo přitom nutné zohlednit nejen výrobní toleranci v řádu několika setin milimetru, ale také skutečnost, že u skla není možné použít předpětí, kterým se běžně působí na vložené součásti, aby odolaly vstřikovacímu tlaku. Koncepce formy proto vyžadovala inovativní řešení, která konstrukční tým kolem Michaela Klara také našel. V zájmu zachování technologického náskoku před konkurencí však není možné tyto postupy v této fázi podrobněji popsat. V současné sériové aplikaci pro zdravotnický sektor robot plně automaticky vkládá do formy několik různých skleněných okének, která jsou následně zastříknuta plastem podobně jako okenním rámem. Takto vzniklá součást získává svou konečnou geometrii v následném výrobním procesu. Pro vývoj automatizace byla na začátku projektu vytvořena speciální vstřikovací forma, která umožnila nahradit drahé skleněné čočky plastovými maketami. S postupujícím vývojem a přibližováním se k finálnímu řešení se stále častěji používaly skutečné skleněné destičky.

Jedním z klíčových aspektů byla těsnost hotových sestav podle požadavků zákazníka. Protože se oba materiály nespojí materiálovým spojem, musel plast díky svému smrštění sklo pevně sevřít tak, aby nemohlo docházet k úniku vzduchu, aniž by ho však samozřejmě poškodil. V minulosti se při výzkumných projektech zaměřených na zastřikování skla plastem na jiném pracovišti zkoušelo vložit mezi oba materiály měkkou vrstvu, která by je spojovala. Tento záměr však musel být pro nedostatečné výsledky ukončen. Technologie společnosti KH se obejde bez mezivrstvy – sklo je kompletně obklopeno různými druhy plastů, a to jak s výztužnými a plnicími materiály, tak bez nich. Po vstřikování následuje kontrola kamerou a zkouška těsnosti, které probíhají přímo v rámci výrobní linky.

Hotový výrobek je vhodný pro sterilizaci v autoklávu, avšak samotné speciální skleněné okénko z něj činí poměrně nákladné řešení. Pro jednorázové aplikace, které byly v rámci projektu rovněž zapotřebí, proto KH vyvinula další inovativní postup, při němž sklo nahrazuje funkční fólie sloužící jako okénko. Největší výzvou byl v tomto případě tzv. „žabí efekt“: v důsledku smrštění plastu se extrémně tenká fólie prohnula směrem nahoru nebo dolů. Proto se nyní používá inteligentní kompozitní systém, který umožňuje udržet funkční fólii v rovině a zajistit tak přesné výsledky měření.

Za inovativní oční nálevku získal tým KH dokonce prestižní ocenění TecPart, protože tato součást kombinuje to nejlepší ze tří materiálových světů: optickou čočku ze safírového skla, robustní závit z nerezové oceli a plast (POM), který díky své geometrické flexibilitě vše propojuje – tvarovým spojem a bez dosud běžného lepení.

Za tímto účelem se skleněná čočka (průměr 8 mm, tloušťka 1,8 mm) a závitová vložka sériově plně automaticky a s vysokou přesností vkládají do vstřikovací formy. Čočka musí být umístěna absolutně rovně, aby při používání oční nálevky nedocházelo k žádnému optickému zkreslení. Čočka je v požadované poloze fixována pomocí vakua, zatímco závitovou vložku zajišťují dva kolíky, které se později zasunou zpět. Obě vložky musí vstřikovací proces na stroji s uzavírací silou 500 kN zvládnout bez změny své polohy a bez poškození

Při návrhu procesu bylo nutné věnovat zvláštní pozornost smršťování plastu, aby bylo dosaženo bezpečného spojení, ale zároveň nebyl na sklo vyvíjen příliš vysoký tlak, který by mohl negativně ovlivnit jeho optické vlastnosti. Vstřikovací forma je navržena tak, aby v ní bylo možné bez přestavby používat závitové vložky různých rozměrů.

Oční nálevka se používá v optických přístrojích pro laboratorní a zdravotnické účely a odolává podmínkám parní sterilizace v autoklávu.

Technické výzvy při zastřikování skla plastem

Technologie KH pro zastřikování skla plastem se obejde bez spojovacích prostředků, měkké mezivrstvy a podobných pomocných materiálů. Čočka se do formy vkládá tak, aby v ní volně „plavala“. Tlakové poměry jsou přizpůsobeny použitému materiálu.

Obecně lze říci, že zastřikování skla plastem je velmi náročný proces a patří mezi tzv. Insert Molding, tedy technologie, při nichž se do plastového dílu integruje další materiál. Na rozdíl od klasického vstřikování se zde nezpracovává pouze plast, ale do plastové součásti se zároveň integruje cizí materiál. Sklo přitom představuje specifickou výzvu, protože je křehké a citlivé na mechanické namáhání i výrazné teplotní rozdíly. Úspěch proto do značné míry závisí na vhodné konstrukci součásti, návrhu vstřikovací formy, kombinaci materiálů a nastavení procesních parametrů.

1. rozdílná tepelná roztažnost

Mimořádně důležitý je rozdíl mezi koeficienty tepelné roztažnosti skla a plastu. Zatímco plasty se při změnách teploty poměrně výrazně rozpínají, sklo zůstává téměř rozměrově stabilní. Tento rozdíl může po ochlazení vést ke vzniku vnitřního pnutí v součásti. Horká plastová tavenina navíc přichází do kontaktu s relativně chladným skleněným prvkem. Vznikají tak teplotní gradienty, které mohou způsobovat pnutí. Pokud je teplotní rozdíl příliš velký, může sklo prasknout. Aby se tomu předešlo, sklo se často předehřívá. Tím lze výrazně snížit tepelné pnutí.

• Sklo: přibližně 8–9 × 10⁻⁶/K
• Plasty: často 50–150 × 10⁻⁶/K