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常用塑料注塑工艺参数
浅述冷/热模注塑成型技术
2010-2-25来源:
网络文摘
【全球塑胶网2010年2月25日网讯】
所谓的“冷/热模注塑成型” 技术,是一种可在注塑成型周期内,使模腔表面温度实现冷热循环的工艺。
其特点是:
在注射前,先加热模腔,使其表面温度达到加工材料的玻璃化转变温度(Tg)以上;当模腔填满后,迅速冷却模具,以使制件在脱模前完全冷却。
这种冷/热模注塑成型工艺可以大幅度地改善注塑制品的外观质量,而且可以省去某些二次加工(如旨在掩盖表面缺陷的底漆和磨砂处理)过程,从而降低整体生产成本。
在某些情况下,甚至还可以省去上漆或粉末涂布工艺。
在那些对表面光泽度有较高要求的应用中,冷/热模注塑成型工艺还允许使用玻纤增强材料。
该工艺的其他优势还包括:
降低注塑内应力、减少甚至消除喷射痕和可见的熔接线,以及增强树脂的流动性,从而生产出薄壁产品等。
通常情况下,冷/热模注塑成型工艺适用于所有的传统注塑机。
但是,如果希望模具表面得到快速加热或冷却,还需要配合使用特定的辅助系统,目前常用的辅助系统是高温热水系统和高温蒸汽系统。
这些辅助系统中的蒸汽,要么来自外部锅炉,要么由其自身的控制设备产生。
早在几年前,沙伯基础创新塑料就开始在日本研究冷/热模注塑成型技术。
目前,该公司在其亚太区的开发中心中使用的是高温蒸汽系统,而在位于马萨诸塞州匹兹菲尔德的聚合物加工开发中心(PPDC)中,该公司则使用了德国Single Temperiertechnik公司的高温热水系统,它可以提供200℃的高温热水。
为了实现有效的工艺控制,模具必须配备热电偶,并且热电偶最好被安置在靠近模腔表面的位置,以便监控温度。
为了确保工艺的稳定性,注塑模具、注塑机和冷/热控制器还必须集成在一起。
沙伯基础创新塑料在该工艺的生产体系中配备了一台控制设备,以将各个要素有效地集成在一起。
在该工艺的开始阶段,利用在模内循环的蒸汽或高温热水来加热模腔表面,使其温度达到高于被加工树脂的玻璃化转变温度10~30℃的水平。
一旦模腔表面达到这一温度值,系统便向注塑机发出信号,以将塑料注射到模腔中。
当模腔被填满(注射阶段完成)后,冷水开始在模具中循环流动,以快速带走热量,从而使注塑部件在脱模前完全冷却。
利用一个阀站,即可方便地实现从蒸汽或高温热水到冷水的切换,反之亦然。
当部件冷却后,模具打开,部件被顶出,然后重复上述过程。
工艺优化:
模具的设计和构造
冷/热模注塑成型技术的循环周期除了取决于所加工的材料外,模具的设计和构造对其则有极大的影响。
一般,加热模具所需的时间取决于模具用钢的总量,因此尽量减少所要加热和冷却的钢材量非常重要。
为了做到这一点,最好是将模腔和模芯嵌入到模板中,而不是穿过模板。
为了减小热损失并提高效率,还应在任何可能的条件下,利用气隙和隔热材料,将这些嵌入件与模腔和模芯固定板隔开。
除了尽可能地减少必须进行冷/热循环的钢的用量外,还应考虑使用具有高导热性的金属,如铍铜合金或其他具有良好导热性的合金来制作模具。
这些金属有助于缩短加热/冷却模腔表面所需的时间。
此外,在模腔表面附近布置水路管线也可以加快响应速度。
然而,多数情况下,制品的几何形状不允许这样做。
尽管如此,共形冷却方法却极适合这种工艺,这是因为,其管线的布置可以与部件表面形状保持一致。
因此,共形冷却方法可以极大地缩短最重要位置(即模腔表面)的热响应时间。
就共形冷却技术而言,它往往涉及到注塑模的制造,或者更确切地说是镶嵌块的制造。
一般,通过优化冷却道的设置,可以优化冷却效率,缩短生产周期。
而传统的冷却方法很难做到这一点,因为一般制品的形状都很复杂,且常规的冷却通道只能被钻成直线形。
目前,有多种模具制造技术可实现共形冷却,如激光烧结和直接金属沉积法。
为了开发用于该工艺的测试模具,沙伯基础创新塑料的 PPDC选择了位于美国密歇根州特洛伊市的Fast4m Tooling公司作为其模具供应商。
Fast4m Tooling采用钢板层压构造技术,设计并制造了带有共形冷却通道的模腔和模芯组件。
冷/热模注塑成型技术的优点
冷/热模注塑成型技术可以极大地提高注塑部件的美观性。
该工艺有助于改善半晶态和非晶态树脂制品的外观,特别是对于非晶态树脂尤为明显。
在注射阶段,当模具表面温度超过非晶态树脂的玻璃化转变温度时,表层材料即使接触到模具表面,也不会出现传统注塑生产中常见的冷凝现象,从而确保了聚合物在注射阶段能够自由流动。
随着模腔的填满以及模腔内压力的增大,树脂被迫流出,这有助于模腔表面的完美复制,并提高制品的表面光泽度。
对于填充型材料,被迫流出的树脂在制品外表面上形成聚合物薄层,它可将填料(玻璃纤维、碳纤维或矿物质等)包覆起来,从而提高了制品的光泽度并降低了表面粗糙度。
研究表明,这种方法可使光泽度提高50%~90%以上。
总之,冷/热模注塑成型工艺对于改善制品的表面粗糙度是非常有利的,它可使玻纤增强材料制品的表面粗糙度得到70%的改善。
即使是无填充材料制品,其表面粗糙度也可获得20% 以上的改善。
减少可见的熔接线、射流和流痕
冷/热模注塑成型技术有利于改善熔接线的深度和可视程度。
利用一个测试模具,沙伯基础创新塑料分别采用冷/热模注塑成型技术和传统的注塑工艺分别加工了3种不同的材料。
使用传统注塑技术生产的部件,其表面熔接线的深度介于6~13μm之间,而在采用冷/热模注塑成型工艺生产的部件上,完全看不到熔接线,因此也无从测量其深度。
这一突破性的改进意味着对某些产品的涂装作业可以省去。
减小内应力
内应力通常是导致产品翘曲变形的主要原因之一,在某些情况下,它还有可能缩短部件的使用寿命。
一般,采用传统方法注塑成型的部件具有较高的内应力,此时如果应用四氯化碳(CCl4)这种广为熟知的应力开裂促进剂作溶剂进行试验,就会导致部件的开裂。
而采用冷/热模技术注塑成型的制件由于具有较低的内应力,因此即使采用了CCl4溶剂,也不会导致部件的开裂。
显然,采用冷/热模技术注塑成型的部件在使用前可取消退火处理。
冷/热模注塑成型技术的首次应用是生产汽车车顶的行李支架,该产品被用来替代原来的金属制件。
沙伯基础创新塑料采用了玻纤增强Xenoy* 1760树脂(即11%玻纤增强PC/PBT)来生产该行李支架部件。
当采用传统的注塑成型工艺时,制品表面出现了明显的喷射痕和熔接线,以至于无法满足表面质量要求。
同时,玻纤增强材料还使得制品表面非常粗糙,因此需要在上漆之前进行打磨。
而采用冷/热模注塑成型技术后,上述各种表面质量问题都得以避免,从而满足了高表面质量的要求。
总之,当使用PC、PC/ABS和PC/PBT等材料生产电视屏幕边框、导光板、汽车音响组件和笔记本电脑外壳等产品时,利用冷/热模注塑成型工艺,可以最大程度地减少影响制品外观的质量问题。
第三节 常用塑料注塑工艺参数
一、热塑性塑料注塑特性
1、塑料材料的聚集态
(1)结晶型塑料
(2)无定型塑料
2、热稳定性
(1)热敏性塑料
(2)非热敏性塑料
3、表观粘度的温度敏感性
(1)表观粘度对温度敏感的塑料
(2)表观粘度对温度不敏感的塑料
4、吸湿性与高温水解敏感性
二、PS塑料注塑工艺特性与工艺参数的设定
1、PS为无定型塑料,熔融温度范围较宽,热稳定性较好;
2、热变形温度为70~100℃,粘流温度为150~204℃,300℃以上出现分解;
3、PS熔体的粘度对温度的敏感性和对剪切速率的敏感性都适中,流动性好,易成型;
4、PS树脂的吸水率很低,一般为0.01~0.03%,成型前可不干燥,[必要时,可在70~80℃的循环热风中干燥2~3h]。
5、注塑时的料筒温度控制在180~215℃范围内,喷嘴温度比料筒最高温度低10~20℃。
6、注射压力一般控制在60~150MPa。
大浇口、形状简单及厚壁制品,注射压力可选低些,约60~80MPa。
7、易形成内应力并引起开裂,残余应力问题较为突出。
为减小内应力,加工时往往需要较高的料温、模温,以使熔体缓慢冷却,取向的分子得到松弛。
也可选择流动性高的品级,或添加流动性助剂;
8、典型牌号加工参数(奇美公司PG-33)
透明塑料的应力检验
PG-33加工参数
三、HIPS塑料注塑工艺特性与工艺参数的设定
1、HIPS为苯乙烯单体与聚丁二烯橡胶的接枝共聚共混物,故其基本加工特性与PS相似,但由于不饱和橡胶的存在,高温稳定性不及PS,而对内应力的敏感性比PS小得多。
2、橡胶胶粒影响熔体的流动性,与PS相比熔体流动性稍差,因此,加工时的注射压力要比PS高。
3、HIPS中可以掺入PS使用。
随着PS掺入量的增加,熔体流动性变好,制品的刚性、表面光洁度提高,但脆性也加大。
4、典型HIPS--奇美公司的POLYREX®,如PH-88(高冲击级)
的主要加工参数
四、ABS塑料注塑工艺特性与工艺参数的设定
1、其结构中有极性基团,所以易吸湿。
加工前通常要进行干燥,以消除制品上因水份而产生的银纹及气泡等缺陷。
干燥条件为:
在80~90℃的循环热风干燥器中干燥2~4h。
2、熔体粘度适中,熔体的粘度对成型温度和注射压力都比较敏感。
提高料筒温度和注射压力,熔体粘度都能明显下降,流动性增加,有利充模。
3、一般成型成型加工温度在190~230℃。
高温热稳定性不及聚苯乙烯,熔体温度一般不要超过250℃。
4、注射压力的选取与制品的壁厚、设备的类型及树脂的品级等有关。
对薄壁长流程、小浇口的制品或耐热级、阻燃级树脂,要选取较高的注射压力,为100~140MPa;对厚壁、大浇口的制品,注射压力可低些,为70~100MPa。
5、在生产中,除充模有困难时采用较高的注射速率外,一般情况下宜采用中、低的注射速率。
6、典型牌号LG化学公司,ABS121H,ABSTR-558,ABSHF380加工参数
HT-121加工参数
HF-380加工参数
TR-558加工参数
五、聚丙烯(PP)塑料注塑工艺特性与工艺参数的设定
1、PP为非极性的结晶塑料,吸水率很低,约为0.03~0.04%,注塑时一般不需进行干燥(必要时,可在80~100℃下干燥1~2h即可);
2、PP的熔点为165~170℃,最大结晶速率温度为120~130℃;成型温度范围较宽,为205~315℃。
料筒温度控制在210~280℃,喷嘴温度可比料筒最高温度低10~30℃。
当制品壁厚大或树脂的MFR高时,料筒温度可降低至200~230℃。
3、PP高温加工中虽不存在水解问题,但过高的温度或过长的受热时间,会引起分子链断裂而使分子量明显降低,性能变劣。
4、由于其结晶性,成型收缩率比较大。
对注射成型制品,在箱孔、加强筋、附近及壁厚较大的部位,容易产生缩孔、凹痕。
5、成型过程中模内冷却不充分引起的结晶不足,易造成后结晶,引起后收缩变形。
6、冷却不均匀易造成结晶差异及不均匀的收缩,并且不均匀的密度变化(体积变化)和不均匀的温度变化还会诱发热残余应力。
7、加入成核剂后,可大大加快结晶速度,降低温度对球晶大小的影响,减小厚壁制品由于冷却不均匀造成的结构不均匀性。
由于结晶度增加,且结晶均匀,减轻了后结晶作用及成型制品的后收缩变形。
六、聚乙烯(PE)塑料注塑工艺特性与工艺参数的设定
1、吸湿性小(<0.
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