เทคโนโลยีการขึ้นรูปยาง (Forming) 3 เทคนิค

เทคโนโลยีการขึ้นรูปยาง (Rubber Forming)

หลัง จากการผสมยางกับสารเคมีให้เข้ากันได้ดีแล้ว ขั้นตอนต่อมาคือการนำยางคอมพาวด์ที่ได้มาขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่าง ต่างๆ ตามต้องการ ก่อนที่จะนำไปคงรูปต่อไป หรือในบางกรณีการขึ้นรูปและการคงรูปอาจจะเกิดขึ้นได้ในขั้นตอนเดียวกันได้ เช่นกรณีที่ขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ (molding)

เครื่องกดอัดสำหรับขึ้นรูปยางด้วยแม่พิมพ์

เทคนิคการขึ้นรูปยาง 3 แบบ

โดยทั่วไป การขึ้นรูปสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 เทคนิคใหญ่ๆ ได้แก่

1. การขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์ (molding)
2. การขึ้นรูปด้วยวิธีอัดผ่านดายโดยใช้เครื่องเอ็กซทรูด (extrusion)
3. การขึ้นรูปด้วยเครื่องคาเลนเดอร์ (calendering)

เทคนิค	ลักษณะงาน	ตัวอย่างผลิตภัณฑ์
การขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ (molding)	ขึ้นรูปและคงรูปเกิดพร้อมกันในขั้นตอนเดียว	แม่พิมพ์แบบกดอัด กึ่งฉีด และฉีด
การอัดผ่านดาย (extrusion)	ผลิตภัณฑ์ที่หน้าตัดเหมือนกันตลอดแนวความยาว ขึ้นรูปและคงรูปแยกขั้นตอนกัน	ท่อยาง ยางหุ้มสายเคเบิล ยางขอบกระจก ยางรัดของ
เครื่องคาเลนเดอร์ (calendering)	แผ่นเรียบหนาและกว้างสม่ำเสมอ หรือฉาบยางบางๆ ลงบนผ้าหรือแผ่นใยลวด ขึ้นรูปและคงรูปแยกขั้นตอนกัน	สายพานลำเลียง ยางแผ่นปูพื้น ยางแผ่นปูบ่อน้ำ

สำหรับเทคนิคที่ 1 การขึ้นรูปและคงรูปเกิดได้พร้อมกันในขั้นตอนเดียวกัน แต่เทคนิคที่ 2 และ 3 การขึ้นรูปกับการคงรูปจะแยกขั้นตอนกันอย่างชัดเจน

การขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์ (molding)

การขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์นั้นเป็นกระบวนการที่ทำให้เกิดทั้งการขึ้นรูป (forming) และคงรูป (vulcanizing) ผลิตภัณฑ์ในขั้นตอนเดียวกัน โดยอาศัยความร้อนและแรงอัด เริ่มจากการให้ความร้อนแก่แม่พิมพ์ก่อน จากนั้นจึงนำยางคอมพาวด์ไปใส่ลงในเบ้าพิมพ์ เมื่อยางไหลเต็มเบ้าพิมพ์แล้ว ความร้อนจากแม่พิมพ์จะทำให้ยางเกิดปฏิกิริยาคงรูปต่อไป แม่พิมพ์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมสามารถแบ่งได้ออกเป็น 3 แบบ ได้แก่

1. แม่พิมพ์แบบกดอัด (compression mold)
2. แม่พิมพ์แบบกึ่งฉีด (transfer mold)
3. แม่พิมพ์แบบฉีด (injection mold)

การขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์แบบกดอัด (compression mold)

การขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์แบบกดอัดเป็นวิธีที่ใช้กันมากที่สุดในอุตสาหกรรมเมื่อเทียบกับการขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์แบบอื่น เพราะเป็นวิธีที่ง่ายและเครื่องจักรที่ใช้มีราคาไม่สูงมากนัก เครื่องจักรที่ใช้ ได้แก่ เครื่องกดอัดระบบไฮดรอลิก (hydraulic press) ซึ่งประกอบด้วยแผ่นกดอัด (platen) จำนวน 2 แผ่น หรือมากกว่า 2 แผ่น ขึ้นกับการออกแบบ แผ่นกดอัดจะเลื่อนขึ้นลงด้วยระบบไฮดรอลิกเพื่ออัดและส่งผ่านแรงดันไปสู่แม่พิมพ์ที่อยู่ตรงกลางระหว่างแผ่นกดอัด เครื่องจะสามารถตั้งอุณหภูมิและควบคุมความร้อนให้คงที่ระหว่างการผลิต

ในส่วนของแม่พิมพ์แบบกดอัดนี้ประกอบด้วยแม่พิมพ์ 2 ส่วน คือ แม่พิมพ์ส่วนบน (lid) และแม่พิมพ์ส่วนล่าง (base) โดยแม่พิมพ์ส่วนล่างจะมีช่องเป็นรูปร่างของผลิตภัณฑ์ เรียกว่า เบ้าพิมพ์ (cavity) สำหรับใส่ยางคอมพาวด์ที่จะขึ้นรูป จากนั้นนำแม่พิมพ์ส่วนบนมาปิดทับ สลัก (pin) ที่ติดอยู่กับแม่พิมพ์ส่วนบนจะช่วย ล็อกไม่ให้เกิดการเคลื่อนตัวในแนวระนาบขณะที่ได้รับแรงกดอัด เมื่อให้แรงดันแก่แม่พิมพ์ ยางคอมพาวด์จะถูกบังคับให้ไหลจนเต็มเบ้าพิมพ์ และความร้อนจากแม่พิมพ์จะทำให้ยางเกิดการคงรูป ผลิตภัณฑ์ยางส่วนใหญ่ เช่น ยางล้อ ยางโอริง ยางรองแท่นเครื่อง พื้นรองเท้า ฯลฯ ก็ขึ้นรูปด้วยวิธีนี้

รูปที่ 7 เครื่องกดอัดระบบไฮดรอลิก (hydraulic press) [10]

การขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์แบบกึ่งฉีด (transfer mold)

การขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์แบบกึ่งฉีดเป็นวิธีที่ใช้กันน้อยมากในปัจจุบัน แม่พิมพ์แบบกึ่งฉีดประกอบด้วย 3 ส่วน ได้แก่

1. แม่พิมพ์ส่วนบน ซึ่งออกแบบมาให้มีลักษณะคล้ายแท่งกด
2. แม่พิมพ์ส่วนล่าง เป็นส่วนเบ้าพิมพ์ที่มีรูปร่างต่างๆ ตามต้องการ
3. แม่พิมพ์ส่วนตรงกลาง เป็นส่วนที่มีแอ่งหรือช่องว่างสำหรับใส่ยางคอมพาวด์ เรียกว่า “pot” และที่บริเวณด้านล่างของ pot จะมีหัวฉีด (injection nozzle) เพื่อเป็นช่องให้ยางไหลลงไปสู่เบ้าพิมพ์ส่วนล่าง

การขึ้นรูปยางด้วยวิธีนี้เริ่มจากให้ความร้อนกับแม่พิมพ์ นำยางคอมพาวด์ใส่ลงไปในช่องใส่ยางของแม่พิมพ์ส่วนตรงกลาง ปิดแม่พิมพ์ แท่งกด (ram) ของแม่พิมพ์ส่วนบนจะดันยางให้ไหลผ่านหัวฉีดเข้าสู่เบ้าพิมพ์จนเต็ม เทคนิคนี้มีข้อดีคือสามารถผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างซับซ้อนเกินกว่าที่จะใช้แม่พิมพ์แบบกดอัดได้ แต่ก็มีข้อเสียหลักที่สำคัญคือ ต้องเสียเวลานานในการขึ้นรูปแต่ละครั้ง เนื่องจากหลังการขึ้นรูป ต้องนำแม่พิมพ์ส่วนตรงกลางมาทำความสะอาดโดยกำจัดเศษยางคงรูป (scrap) ที่ติดอยู่บริเวณหัวฉีดหรือบริเวณฐานของช่องใส่ยางออกให้หมดก่อนที่จะทำการขึ้นรูปครั้งต่อไปได้

รูปที่ 8 เครื่องจักรแม่พิมพ์แบบกึ่งฉีด (transfer molding machine) [11]

การขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์แบบฉีด (injection mold)

การขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์แบบฉีดเป็นการพัฒนามาจาก 2 แบบแรก วิธีนี้มีอัตราเร็วในการผลิตสูงและผลิตภัณฑ์ที่ได้มีขนาดที่ถูกต้องมากกว่าการขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์แบบอื่นๆ จึงเหมาะกับการผลิตชิ้นส่วนที่มีความซับซ้อน เครื่องฉีดยางมีทั้งแบบเกลียวหนอน (screw-type injection molding machine) หรือแบบผสมระหว่างเกลียวหนอนกับแท่งกด (plunger screw injection molding machine) หลักการคือจะต้องทำให้ยางนิ่ม/ไหลได้ก่อนที่จะฉีดยางเข้าสู่เบ้าพิมพ์ โดยเกลียวหนอนจะหมุนทำให้ยางถูกป้อนเข้าสู่บาเรลของเครื่องฉีดอย่างต่อเนื่อง (ตั้งค่าอุณหภูมิของบาเรลเพื่อทำให้ยางนิ่ม) ยางจะไหลไปทางด้านหน้าของเกลียวหนอน เมื่อมีปริมาณและอุณหภูมิสูงเพียงพอแล้ว เกลียวหนอนก็จะหยุดหมุนและถูกดันไปข้างหน้าเพื่อฉีดยางคอมพาวด์ให้ไหลเข้าสู่เบ้าพิมพ์ที่ร้อน หลังจากนั้นจะเกิดปฏิกิริยาคงรูปจนสมบูรณ์และแม่พิมพ์จะเปิดออก นำชิ้นงานออกจากแม่พิมพ์ แม่พิมพ์จะปิด เกลียวหนอนก็จะเริ่มหมุนพร้อมทั้งเคลื่อนตัวไปทางด้านหลังเพื่อให้ยางคอมพาวด์ชุดใหม่ไหลลงมาสำหรับการฉีดในรอบถัดไป

รูปที่ 9 เครื่องจักรแม่พิมพ์แบบฉีด (injection molding machine) [12]

การขึ้นรูปด้วยวิธีอัดผ่านดายโดยใช้เครื่องเอ็กซทรูด (extrusion)

การขึ้นรูปด้วยการอัดผ่านดาย (die) นิยมใช้กับผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างของภาพตัดขวางเหมือนกันตลอดแนวความยาว เช่น ท่อยาง ยางหุ้มสายเคเบิ้ล ยางขอบกระจก ยางรัดของ เป็นต้น เครื่องมือที่ใช้ในการขึ้นรูปโดยทั่วไปเรียกว่า เครื่องเอ็กซทรูด (extruder) ทั้งนี้เครื่องเอ็กซทรูดนี้สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ชนิด ได้แก่ เครื่องเอ็กซทรูดที่อาศัยแรงอัดจากแรม (ram extruder) และเครื่องเอ็กซทรูดที่อาศัยแรงอัดจากการหมุนของเกลียวหนอน (screw extruder) ซึ่งชนิดหลังนี้เป็นเครื่องเอ็กซทรูดชนิดที่ใช้กันอย่างกว้างขวางในปัจจุบัน สำหรับยางที่ขึ้นรูปด้วยวิธีนี้จะเรียกว่า เอ็กซทรูดเดต (extrudate)

เครื่องเอ็กซทรูดที่อาศัยแรงอัดจากการหมุนของเกลียวหนอน (screw extruder)

เครื่อง เอ็กซทรูดชนิดนี้ประกอบด้วยเกลียวหนอนซึ่งหมุนอยู่ภายในบาเรล ซึ่งทั้งเกลียวหนอนและบาเรลสามารถตั้งอุณหภูมิตามต้องการ ที่ปลายด้านหนึ่งของบาเรลจะเป็นที่ตั้งของหัวดายและปลายอีกด้านหนึ่งจะเป็น ช่องสำหรับป้อนยางคอมพาวด์เข้าสู่เครื่อง การหมุนของเกลียวหนอนจะทำให้ยางคอมพาวด์ไหลเข้าไปใน บาเรลอย่างต่อเนื่องและเกิดแรงดันสำหรับดันยางคอมพาวด์เหล่านี้ให้ไหลผ่านหัวดายที่อยู่ทางด้านหน้าเกิดเป็นรูปร่างของผลิตภัณฑ์ หลังจากนั้นจำเป็นต้องนำยางที่ขึ้นรูปแล้ว (แต่ยังไม่เกิดการคงรูป) ไปผ่านขั้นตอนการคงรูปต่อไปโดยอาจใช้เทคนิคการคงรูปแบบไม่ต่อเนื่อง เช่น การคงรูปในหม้ออบไอน้ำความดันสูง หรือเทคนิคการคงรูปแบบต่อเนื่อง เช่น การคงรูปในถังของเหลว (liquid bath) หรือการคงรูปใน fluidized bed เป็นต้น

รูปที่ 10 เครื่องเอ็กซทรูดที่อาศัยแรงอัดจากการหมุนของเกลียวหนอน (screw extruder) [13]

การขึ้นรูปด้วยเครื่องคาเลนเดอร์ (calendering)

การ ขึ้นรูปด้วยเครื่องคาเลนเดอร์นิยมใช้ในการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ที่เป็นแผ่นเรียบ ที่มีความหนาและความกว้างสม่ำเสมอหรือเพื่อการฉาบยางบางๆ ลงบนผ้าหรือแผ่นใยลวด (coating) ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปด้วยวิธีนี้ เช่น สายพานลำเลียง ยางแผ่นปูพื้น ยางแผ่นปูบ่อน้ำ เป็นต้น เครื่องคาเลนเดอร์ประกอบด้วยลูกกลิ้งที่ทำจากเหล็กหล่ออย่างดี ผิวหน้าขัดเรียบ ตั้งแต่ 2 ถึง 4 วางเรียงตัวกันในลักษณะต่างๆ ด้านในของลูกกลิ้งมีลักษณะกลวงเพื่อติดตั้งระบบทำความร้อนและหล่อเย็น ช่องว่างระหว่างลูกกลิ้งสามารถปรับให้กว้างหรือแคบได้ตามต้องการ โดยทั่วไปแล้วมักใช้เครื่องคาเลนเดอร์ที่มี 3 ลูกกลิ้งสำหรับรีดยางให้เป็นแผ่นเรียบ ลูกกลิ้งทั้ง 3 ลูก จะหมุนด้วยความเร็วเท่ากันหรือต่างกันเล็กน้อย ลูกกลิ้งลูกกลางเคลื่อนที่ไม่ได้ แต่สามารถปรับลูกกลิ้งลูกบนและลูกล่างให้เคลื่อนที่เพื่อให้เกิดช่องระหว่างลูกกลิ้งตามต้องการได้

ขั้นตอนการรีดยางเป็นแผ่นเรียบทำได้โดยยาง (ที่อุ่นแล้ว) จะถูกป้อนเข้าระหว่างลูกกลิ้งคู่บน ยางจะพันตามลูกกลิ้งกลาง ผ่านไประหว่างลูกกลิ้งคู่ล่าง พันตามลูกกลิ้งล่างและม้วนออกมา (จะมีการเป่าด้วยแป้ง ทาล์คหรือสารกันยางติดอื่นๆ และพันหรือม้วนโดยมีผ้ากั้นระหว่างชิ้นยางเพื่อป้องกันการเหนียวติดและสะดวก ในการนำไปสู่ขั้นตอนการผลิตต่อไป

อย่างไรก็ตามหลังจากยางแผ่นหรือยางที่ฉาบหรือเคลือบบนผ้าใบผ่านเครื่อนคาเลนเดอร์ออกมาแล้ว (แต่ยังไม่เกิดการคงรูป) จะต้องไปผ่านขั้นตอนการคงรูปต่อไป เช่น การคงรูปด้วยอากาศร้อน (hot air vulcanization) หรือการคงรูปแบบหมุน (rotational vulcanization)

รูปที่ 11 เครื่องคาเลนเดอร์ (calender) [14]

ข้อมูลจาก ศูนย์วิจัยเทคโนโลยีการยาง (RTEC)

ติดต่อสอบถามข้อมูลงานชิ้นส่วนยางและการใช้งาน
โทร. 02-171-7648, 097-245-1555
แฟกซ์ 02-171-7650
อีเมล sales@srksealing.com
LINE @srkseal
IG: srksealing