Mold-release agents and coatings

Author: Canter, Neil

Publication information: Tribology amp; Lubrication Technology 64.10 (Oct 2008): 31-32,34-38.

Abstract: In essence, mold-release agents provide many of the same characteristics as other lubricants, including reducing friction and wear by acting as a boundary layer between the part and mold surfaces. Miguel Psillakis, vice president of marketing and technology for Chem-Trend LP, in Howell, Mich., says, Mold release agents impact the process characteristics such as the flow rate of the material into the mold cavity, mold cycle time and the ease of release. SELECTION AND APPLICATION A number of factors need to be considered before recommending a suitable mold-release agent for a particular application.They found that the chromium nitride coating displays coefficient of friction values as low as 0.09.

Keywords：Molds molding;Plastics industry;Chemicals;Surface tension; Research development.

Improvements in the durability of mold-release agents are allowing manufacturers to produce more parts with reduced cycle times and lower rejection rates. In the processing of metal, rubber and plastic, molds are ... The operating conditions usually require precise heat and cure times, and the finished parts must meet a specific surface finish. Without the use of a mold-release agent or a mold coating, these applications could not be conducted. Poor part quality can result if the mold-release agent or coating used is not formulated properly or recommended for the correct application. This article reviews the key types of mold-release agents and coatings, their functions and technology trends. Interviews were held with representatives of mold-release manufacturers and mold-coating producers to obtain their perspective. FUNCTION AND TYPES Mold-release agents provide a coating or boundary to facilitate the removal of the part from the mold surface. Mark Finn, vice president of sales and marketing for the M c Lube Division ... is to release a part from the mold without damage. They act as a low-energy barrier between the mold and the part being molded. A coating is formed on the mold surface with a low surface tension that must not be transferred to the molded part. There should also be no contamination of the mold material.' In essence, mold-release agents provide many of the same characteristics as other lubricants, including reducing friction and wear by acting as a boundary layer between the part and mold surfaces. Miguel Psillakis, vice president of marketing and technology for Chem-Trend LP, in Howell, Mich., says, 'Mold release agents impact the process characteristics such as the flow rate of the material into the mold cavity, mold cycle time and the ease of re- lease. Proper selection of the release agent affects the finish characteristics of the released part such as gloss level, accurate texture reproduction and post-molding operation. Mold-release agents also influence the mold service life between maintenance cycles and the overall productivity of the process.' STLE member Stacey Lorenz, Ramp;D manager for Jamp;S Chemical Corp., in Canton, Ga., agrees that mold-release agents have a major impact on process parameters. He says, 'Temperature control is a very important function of a mold- release agent. Molds do have hot oil and cooling lines (with water) that control the temperature, yet the release agent imparts cooling and enables a certain operational temperature to be maintained during the process. Maintenance of the integrity of the casting (including minimizing defects) and protection of the mold from buildup of the material being processed are two other key functions of the release agent.' The three main types used to carry out these functions are sacrificial, semipermanent and internal mold-release agents. Psillakis says, 'The sacrificial type is applied after each molding cycle because it is readily depleted. A semipermanent mold-release agent chemically reacts with the mold surface to generate a chemical and physical release barrier. This enables multiple molding cycles to occur before additional release agents must be reapplied. 'Internal mold-release agents are formulated into the material being molded,' Psillakis adds. 'They are generally incompatible with that material which enables them to exude to the surface of the part, promoting its release from the mold. The exuding mechanism of the internal mold release agent can be accelerated by heat.' In a similar fashion to lubricants, mold- release agents can be formulated from a number of different components. Finn says, 'External sacrificial agents can be prepared with powders, soaps, waxes and oils (silicon- and polyglycol based). Semipermanent coatings ... are formulated with fluorochemical polymer resins such as poly tetra fluoroethylene (PTFE) and functional silicone polymers. Solid powders and fatty acids are key components used in internal-release agents.' Lorenz indicates that one key factor that a mold-release agent must overcome is the Leiden frost effect. He explains, 'Water in contact with a mold hotter than its boiling point can form a steam barrier layer that prevents the release agent from wetting the surface. This phenomenon is known as the Leiden frost effect and can delay the release agent from coating the surface. Use of specific wetting agents is required to overcome this problem.' The Leiden frost effect typically occurs at temperatures above 200 C, according to Lorenz. He indicates that mold temperatures typically range from 150 C to 425 C. Each type of mold-release agent has advantages and disadvantages. Finn says, 'Sacrificial formulations exhibit inferior heat stability and do not adhere that well to the mold surface. For this reason, they are applied more frequently and do not provide multiple releases. 'Semipermanent release agents are m

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脱模剂和涂料

作者：坎特，尼尔

出版物信息：摩擦学和润滑技术64.10（2008年10月）：31-32,34-38

摘要：在本质上，脱模剂提供了许多相同的特性的其它润滑剂，包括减少摩擦和通过充当部分与模具表面之间的边界层磨损。肯天营销和技术副总裁米格尔 Psillakis在密歇根州霍威尔说，脱模剂影响工艺特性，如材料流入模腔，模具周期时间以及易于使用释放。选择和应用在适用于特定应用的合适脱模剂之前，需要考虑许多因素。他们发现氮化铬涂层的摩擦系数值低至0.09。

关键词：模具成型；塑料工业；化学品；表面张力；研究开发。

脱模剂耐久性的提高使制造商能够生产更多的产品，减少循环时间和降低废品率。在加工金属，橡胶和塑料，模具，操作条件通常需要精确的加热和固化时间，并且成品零件必须满足特定的表面光洁度。如果不使用脱模剂或模具涂层，则无法进行这些应用。如果所使用的脱模剂或涂料未经适当配制或推荐用于正确应用，可能会导致零件质量不佳。本文回顾了脱模剂和涂料的主要类型，功能和技术趋势。与模具释放制造商和模具涂层生产商的代表进行了访谈以获得他们的观点。功能和类型模具释放剂提供涂层或边界以方便从模具表面去除部件。美国模可离分部销售和市场副总裁马克·芬恩将从模具中释放一部分而不会损坏。它们充当模具和模制部件之间的低能障。在模具表面上形成具有低表面张力的涂层，该表面张力不能转移到模制部件上。还应该没有模具材料的污染。实质上，脱模剂提供许多与其他润滑剂相同的特性，包括通过充当零件和模具表面之间的边界层来减少摩擦和磨损。肯天 LP营销和技术副总裁米格尔 Psillakis在密歇根州豪威尔说道：“脱模剂影响工艺特性，如材料流入模腔，模具周期时间和简单的释放。正确选择脱模剂会影响脱模部件的光洁度，精确的纹理复制和后成型操作等光洁度特性。脱模剂也影响维护周期和整个生产过程之间的模具使用寿命。摩擦学家和润滑工程师协会成员史黛西·洛伦兹是乔治亚州坎顿强生化学公司的研发经理，他同意脱模剂对工艺参数有重大影响。他说，“温度控制是脱模剂的一个非常重要的功能，模具确实具有控制温度的热油和冷却管线（含水），但释放剂赋予冷却并且能够在该过程期间保持特定的操作温度。保持铸件的完整性（包括最大限度地减少缺陷）和防止模具积聚被处理材料是脱模剂的另外两个关键功能。用于执行这些功能的三种主要类型是牺牲性的，半永久性和内部脱模剂。 Psillakis说，“牺牲型是在每个之后应用的，因为它很容易被耗尽。一种半永久性脱模剂与聚合物发生化学反应，模具表面产生化学和物理释放屏障。这使得可以发生多次成型循环必须重新应用其他释放剂之前。“内部的脱模剂被配制进去材料被模制，”Psillakis补充道，“它们通常与那些能够渗入零件表面的物质不相容，促进它从模具中释放出来，内部脱模剂的渗出机制可以通过加热来加速。”以类似于润滑剂的方式，脱模剂可以由许多不同的组分配制。芬恩说：“外用牺牲剂可以用粉末，肥皂，蜡和油（基于硅和聚乙二醇）制备。半永久性涂料采用含氟聚合物树脂如聚四氟乙烯（PTFE）和功能性硅氧烷聚合物配制而成。固体粉末和脂肪酸是内脱模剂的关键组分。洛伦茨指出，脱模剂必须克服的关键因素是莱顿弗罗斯特效应。他解释说：“与比其沸点高的模具接触的水可以形成防止脱模剂润湿表面的蒸汽阻挡层。这种现象称为莱顿弗罗斯特效应，并且可以延迟释放剂涂覆表面。根据洛伦茨的说法，需要使用特定的润湿剂来克服这个问题.莱顿弗罗斯特效应通常发生在200°C以上的温度。他指出模具温度通常在150℃至425℃的范围内。每种类型的脱模剂都有优点和缺点。芬恩说：“牺牲剂的热稳定性较差，不能很好地粘附在模具表面，因此，它们的使用更频繁，不能提供多次释放。”半永久性释放由于使用碳氟化合物和硅氧烷聚合物，半永久性释放剂具有更高的热稳定性和较低的摩擦系数值，芬恩说，它们表现出优异的润滑性，良好的抗粘性和高达590℃的高温应用。其结果是半永久性脱模剂不会转移到模具表面，并且由于其耐久性而对多次释放循环有效。内释剂往往会污染模塑表面并改变脱模剂的性能，它们主要用于塑料行业。Psillakis指出，发布代理也可以按照运营商的类型来组织。以与其他润滑剂类似的方式，它们可以在溶剂，水或固体中制备。他说：“基于溶剂的配方易于应用，但由于VOC和环境问题，应用受到限制。水基脱模剂是乳液。使用水可改善环境友好性，但更容易引起生物活性问题，并且需要适当的杀生物剂。固体释放剂以粉末形式提供并且通常通过使用静电喷枪来施用。但是，如果模塑设备存在粉尘危害，这一因素可能妨碍粉末的广泛使用。“选择和应用在推荐适用于特定应用的合适脱模剂之前，需要考虑许多因素。洛伦兹 “关键问题包括模具的温度，零件的类型（用于合金的金属），体积或铸件尺寸必须确定。零件的完成和模具清洁的频率也需要考虑。芬恩相信，如何选择脱模剂的原因在于润滑油行业。他说，“润滑性特性决定了零件移入和移出模具的有效性。静态和动态因素在选择具有特殊润滑性的脱模剂时必须考虑到这一点。前者指的是在准备好后需要将模制零件取出，而后者需要确保在模具上形成空隙模具表面。根据芬恩的观点，润滑性的第二种方法是评估脱模剂的抗粘性剂。如术语所表明的，抗粘性能是指脱模剂去除的能力来自模具的部分，通过几种技术将脱模剂施加到模具上。Psillakis说：“应用是一个需要观察的重要方面，可能会显着影响脱模剂的性能。在大多数情况下，使用喷枪（手动或机器人）来涂覆脱模剂。”枪的喷嘴已调整好以确保正确雾化和良好的成膜。Psillakis指出也可以使用气溶胶或擦拭系统。洛伦茨主要使用水基脱模剂，因此稀释很重要。他说：“我们可以使用比例系统用水稀释20：1至300：1之间的脱模剂。脱模剂的喷涂是通过自动化方式自动进行的，或者使用固定的头部进行，并通过手杖进行手动加工。”洛伦茨透露，可能需要多个喷嘴才能使用脱模剂。芬恩的感觉溶剂型或水基型脱模剂的选择在应用中起主要作用。他说，“有了脱模剂需要湿润然后在模具表面上干燥，系统的温度很重要。基于溶剂的脱模剂将润湿表面并随后干燥，以便用户在几分钟内准备好启动涂覆过程更安全使用。”芬恩还指出，在使用溶剂型产品时必须小心，因为如果温度过高，脱模剂会迅速闪蒸并且不能适当地润湿表面。 出于这个原因和出于安全考虑，脱模行业已积极推动水性产品的发展，特别是在过去的十年中。Psillakis认为模塑部件和脱模剂之间的化学相互作用决定了性能。 他说：“脱模剂不应该与被成型的材料化学兼容，它需要提供良好的化学和物理屏障，以防止模制化合物材料和金属合金，塑料（热塑性塑料和热固性塑料 ）和用于生成零件的弹性体，推荐使用特定的脱模剂，以满足特定的成型工艺和条件，这一点非常重要。其中一种应用是制备鞋用橡胶鞋底。趋势除了转向使用水性脱模剂外，芬恩还指出，耐用性正在成为一个非常重要的参数。他说：“过去，在制造零件的每个循环之前都应用脱模剂，但现在更耐用的涂料可以持续更长时间，从而使用户可以将喷涂脱模剂从5到30循环”。由于释放行业转向使用基于功能硅酮和聚四氟乙烯聚合物的半永久性产品，因此提高耐用性成为可能。 芬恩补充说：“当脱模剂从传统的牺牲型转变为半永久性，硅胶或PTFE基产品时，我们已经看到零件的脱模率从30％下降到10％。这种特殊情况下的应用是橡胶马达坐落在汽车框架上。”在许多工业领域中，Psillakis也是从溶剂型到水性脱模剂的转变。他说：“水基技术的发展为聚氨酯部件提供了均匀的光泽度和外观，如汽车转向系统增加了维护和家务管理问题，”他补充道。“形成的大部分残留物都是由于工业中使用蜡基产品造成的。作为回应，脱模剂供应商已经开始采用无蜡的水基乳液，这种乳液产生的粘合力最小。”潜在问题所有受访的三位代表都表示，正确使用时，脱模剂不会在制造中造成问题。Psillakis说：“模塑工艺中脱模剂和或脱模剂应用方法的错误选择可能会导致模塑部件和或模具表面上残留的积聚。这种积聚可能会导致效率当需要更频繁地清洁模具时会丢失，Psillakis表明，在模制部件和模具表面之间可能会由于模具上过量的脱模剂或缺少隔离层而导致积聚。后者可能会导致材料和或过程中产生的副产物和残留物累积。洛伦茨说：“如果不配合适当的成分配制，释放剂可能会在后期清洁和前处理操作中造成问题。包括污染物会导致部件变色或着色。”芬恩指出，制造商在清洁模制零件时会遇到大问题。他说：“我们在航空航天应用中看到了使用10种不同脱模剂的制造商，因此需要使用各种不同的清洁剂和方法，这增加了成本和效率，制造商可以更好地使用一种脱模剂可以通过一个标准化程序进行清理。”芬恩还指出，涂敷过量的脱模剂会导致部件泄漏到模具表面。他说：“这会造成模具污染，导致运行寿命缩短。”一个应用程序，实验室测试由于应用和材料成型的类型不同，没有用于评估脱模剂的标准实验室测试。洛伦茨说：“使用各种定制测试，包括在高温下在金属模具上喷涂或涂覆脱模剂，这些定制测试旨在评估和表征脱模剂薄膜。测量由于释放剂热分解而产生的气体体积，以确定它是否会导致铸造孔隙率差的结果，这会影响性能。”洛伦兹透露，实验室利用热重分析（TGA）来确定脱模剂的热稳定性。芬恩表示，脱模剂供应商有能力模拟内部操作。他说：“我们可以模拟实验室中正在成型的材料的温度和压力条件，从而推荐一到两个潜在客户进行客户测试。”Psillakis认为，脱模剂的测试不仅需要对配方中使用的各种组分的化学性质有深入的了解，还需要对材料科学的理解。他说材料沿着成型阶段流动，因为它会改变模腔几何形状内的物理状态或化学成分（模内反应，交联机制）。“模具涂层另一种提高模腔性能的方法模具制造过程是涂覆一层涂层，位于道纳斯格罗夫，111的贝尔斯模具服务公司总裁史蒂夫·贝尔斯说：“模具涂层的目的是提供润滑性，耐磨损保护和缓蚀作用。当设计模具涂层时，用户需要确定需要哪些性能以尽可能地达到最佳效果“明尼阿波利斯物理涂料公司总裁戴维·比尔补充道：”模具涂层是钢模和被加工部件（主要是塑料）之间的物理屏障。现代塑料含有耐用性所需的研磨添加剂，但这些成分会更快地磨损模具表面。“模具涂层沉积在表面上，贝尔斯说：”绝大多数涂层的厚度在0.0002到0.0003英寸之间。”贝尔说：“模具涂层通常是硬质陶瓷，其硬度值比工具钢高两到三倍，这些硬质涂层通常是非常惰性的物质，当正确使用时可以在结构上密实和无缺陷，以提供良好的性能。 棉包表明模具涂层由硬铬，金刚石，铬，镍钴和化学镀镍等物质制备而成。表1列出了典型涂层的性能和应用。每种模具涂层都用于特定 因为它具有独特的特性。包勒斯说：“硬铬和钻石铬最适合提供耐磨性。塑料配料商正在使用更多的研磨填料（如玻璃纤维和锯屑）来降低成本。除非使用涂层，否则这些部件会在注塑过程中磨损表面。”相反，由化学镀镍和聚四氟乙烯组成的涂层提供了优异的润滑性并且表现出低摩擦系数贝尔斯说：“这种涂层的工作温度限制在290℃。如果需要更高的稳定性，那么用无电镀镍 氮化硼在高达650℃时表现出稳定性。”模具涂层通过阴极物理气相沉积（PVD）工艺物理施加。比尔表示，他的公司已经开发出了一种使用电弧等离子加速原理的氮化铬涂层。这种工艺可以制备出比其他具有相同化学成分的涂层更致密的涂层。他说：“结果是涂层更耐用，具有良好的硬度，耐磨损性和较低的摩擦系数，另外，在使用电弧等离子加速器制备的涂层中观察到的宏观颗粒缺陷减少了90％。” 涂层由非常细小的颗粒组成，直径为15至40纳米。根据贝尔的说法，采用传统PVD工艺制备的涂层不能处理这种应用，而且没有过早磨损。使用泰伯耐磨性测定仪进行加速磨损测试以显示该技术的优越性能。在此过程中，涂层受到碳化硅砂轮摩擦的挑战。结果表明，通过电弧等离子体加速制备的氮化铬涂层在3000转后保持抛光。相比之下，常规涂层仅在200转之后通过该方法去除。阿贡国家实验室的研究人员使用卡梅隆-普林特高频往复式钻机对该涂层的润滑性进行了评估。一个0.25英寸的52100钢球在3赫兹的频率下在10牛顿的载荷下在表面上来回移动。他们发现氮化铬涂层的摩擦系数值低至0.09。贝尔斯公司认为制造商使用更多的自动化技术导致需要模具涂层。他说：“复杂的操作正在进行中，涉及的模具多达128个，制造商需要平衡进入这些模腔的材料并安全地排出气体，像镍，涂有聚四氟乙烯和氮化硼镍的涂料非常 有助于减少摩擦，使模具在更少的情况下可以更快速地填充到模具中，循环时间可以减少0.5秒，从而提高生产率Bell还认为使用模具涂层的挑战是展示其模具 他说：“展示长效模具涂料的好处将有助于说服制造商，他们的使用将提供质量更好的零件。”脱模剂和模具涂料模具涂料已经减少了对脱模剂的需求 在特定的应用中，贝尔斯引用了模制盖的制备，这种模制盖是在含有64到128个腔的机器中制备的。他说：“使用脱模剂连续喷射多个腔体并保持生产力是非常困难的。”贝尔表示脱模剂在特定的应用中仍然有用。他说：“我们遇到了一个应用程序，它可以制备用于车库门装置的软按钮，在模具涂层中添加脱模剂可使零件更容易从模腔中脱落。”在许多应用中，脱模剂可以补充模具涂层。贝尔解释说：“好的陶瓷模具涂料通过保留模具的表面形貌来改善其自身的释放性能，释放剂在实践中用于进一步改善释放。”涂层和脱模剂之间的区别在于前者提供了难以磨损或穿透的永久性物理屏障。相比之下，脱模剂产生易于穿透的薄膜，易于破裂，以使成品与模具分离。比尔总结说：“没有一种涂层能够提供无与伦比的脱模性能，而且没有任何一种脱模剂可以保护模具免受磨损和腐蚀，两者的良好结合可以最大限度地发挥模具的性能。”那些使用脱模剂和模具涂料的公司面临着与传统汽车和工业润滑油相同的许多挑战。用户正在寻求良好的润滑性，耐磨性和缓蚀性。成品模制件必须符合刚性的客户要求。技术正在转向开发更环保和耐用的脱模剂。模具涂料有很多选择。进一步发展将受到对更好表现的持续需求的刺激。包含多个模具的机器的自动化和运动朝着更高的生产力发展意味着需要结合使用脱模剂和涂层来满足未来客户的需求。保持剂具有许多与其他润滑剂相同的特性，包括通过充当零件和模具表面之间的边界层来减少摩擦和磨损。以与润滑剂类似的方式，脱模剂可以由许多不同的组分配制。 使用脱模剂需要湿润然后在模具表面上干燥，系统的温度很重要。随着时

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