常用塑料注塑工藝參數詳述

H:\精品資料\建筑精品網原稿ok（刪除公文）\建筑精品網5未上傳百度HYPERLINK""淺述冷/熱模注塑成型技術-2-25來源:網絡文摘【全球塑膠網2月25日網訊】

所謂的”冷/熱模注塑成型”

技術,是一種可在注塑成型周期內,使模腔表面溫度實現冷熱循環(huán)的工藝。其特點是:在注射前,先加熱模腔,使其表面溫度達到加工材料的玻璃化轉變溫度(Tg)以上;當模腔填滿后,迅速冷卻模具,以使制件在脫模前完全冷卻。

這種冷/熱模注塑成型工藝能夠大幅度地改進注塑制品的外觀質量,而且能夠省去某些二次加工(如旨在掩蓋表面缺陷的底漆和磨砂處理)過程,從而降低整體生產成本。在某些情況下,甚至還能夠省去上漆或粉末涂布工藝。在那些對表面光澤度有較高要求的應用中,冷/熱模注塑成型工藝還允許使用玻纖增強材料。該工藝的其它優(yōu)勢還包括:降低注塑內應力、減少甚至消除噴射痕和可見的熔接線,以及增強樹脂的流動性,從而生產出薄壁產品等。

一般情況下,冷/熱模注塑成型工藝適用于所有的傳統注塑機?？墒?如果希望模具表面得到快速加熱或冷卻,還需要配合使用特定的輔助系統,當前常見的輔助系統是高溫熱水系統和高溫蒸汽系統。這些輔助系統中的蒸汽,要么來自外部鍋爐,要么由其自身的控制設備產生。早在幾年前,沙伯基礎創(chuàng)新塑料就開始在日本研究冷/熱模注塑成型技術。當前,該公司在其亞太區(qū)的開發(fā)中心中使用的是高溫蒸汽系統,而在位于馬薩諸塞州匹茲菲爾德的聚合物加工開發(fā)中心(PPDC)中,該公司則使用了德國Single

Temperiertechnik公司的高溫熱水系統,它能夠提供200℃的高溫熱水。

為了實現有效的工藝控制,模具必須配備熱電偶,而且熱電偶最好被安置在靠近模腔表面的位置,以便監(jiān)控溫度。為了確保工藝的穩(wěn)定性,注塑模具、注塑機和冷/熱控制器還必須集成在一起。沙伯基礎創(chuàng)新塑料在該工藝的生產體系中配備了一臺控制設備,以將各個要素有效地集成在一起。

在該工藝的開始階段,利用在模內循環(huán)的蒸汽或高溫熱水來加熱模腔表面,使其溫度達到高于被加工樹脂的玻璃化轉變溫度10~30℃的水平。一旦模腔表面達到這一溫度值,系統便向注塑機發(fā)出信號,以將塑料注射到模腔中。當模腔被填滿(注射階段完成)后,冷水開始在模具中循環(huán)流動,以快速帶走熱量,從而使注塑部件在脫模前完全冷卻。利用一個閥站,即可方便地實現從蒸汽或高溫熱水到冷水的切換,反之亦然。當部件冷卻后,模具打開,部件被頂出,然后重復上述過程。

工藝優(yōu)化:模具的設計和構造

冷/熱模注塑成型技術的循環(huán)周期除了取決于所加工的材料外,模具的設計和構造對其則有極大的影響。一般,加熱模具所需的時間取決于模具用鋼的總量,因此盡量減少所要加熱和冷卻的鋼材量非常重要。為了做到這一點,最好是將模腔和模芯嵌入到模板中,而不是穿過模板。為了減小熱損失并提高效率,還應在任何可能的條件下,利用氣隙和隔熱材料,將這些嵌入件與模腔和模芯固定板隔開。

除了盡可能地減少必須進行冷/熱循環(huán)的鋼的用量外,還應考慮使用具有高導熱性的金屬,如鈹銅合金或其它具有良好導熱性的合金來制作模具。這些金屬有助于縮短加熱/冷卻模腔表面所需的時間。另外,在模腔表面附近布置水路管線也能夠加快響應速度。然而,多數情況下,制品的幾何形狀不允許這樣做。盡管如此,共形冷卻方法卻極適合這種工藝,這是因為,其管線的布置能夠與部件表面形狀保持一致。因此,共形冷卻方法能夠極大地縮短最重要位置(即模腔表面)的熱響應時間。

就共形冷卻技術而言,它往往涉及到注塑模的制造,或者更確切地說是鑲嵌塊的制造。一般,經過優(yōu)化冷卻道的設置,能夠優(yōu)化冷卻效率,縮短生產周期。而傳統的冷卻方法很難做到這一點,因為一般制品的形狀都很復雜,且常規(guī)的冷卻通道只能被鉆成直線形。

當前,有多種模具制造技術可實現共形冷卻,如激光燒結和直接金屬沉積法。為了開發(fā)用于該工藝的測試模具,沙伯基礎創(chuàng)新塑料的

PPDC選擇了位于美國密歇根州特洛伊市的Fast4m

Tooling公司作為其模具供應商。Fast4m

Tooling采用鋼板層壓構造技術,設計并制造了帶有共形冷卻通道的模腔和模芯組件。

冷/熱模注塑成型技術的優(yōu)點

冷/熱模注塑成型技術能夠極大地提高注塑部件的美觀性。該工藝有助于改進半晶態(tài)和非晶態(tài)樹脂制品的外觀,特別是對于非晶態(tài)樹脂尤為明顯。在注射階段,當模具表面溫度超過非晶態(tài)樹脂的玻璃化轉變溫度時,表層材料即使接觸到模具表面,也不會出現傳統注塑生產中常見的冷凝現象,從而確保了聚合物在注射階段能夠自由流動。隨著模腔的填滿以及模腔內壓力的增大,樹脂被迫流出,這有助于模腔表面的完美復制,并提高制品的表面光澤度。

對于填充型材料,被迫流出的樹脂在制品外表面上形成聚合物薄層,它可將填料(玻璃纖維、碳纖維或礦物質等)包覆起來,從而提高了制品的光澤度并降低了表面粗糙度。研究表明,這種方法可使光澤度提高50%~90%以上?？傊?冷/熱模注塑成型工藝對于改進制品的表面粗糙度是非常有利的,它可使玻纖增強材料制品的表面粗糙度得到70%的改進。即使是無填充材料制品,其表面粗糙度也可獲得20%

以上的改進。

減少可見的熔接線、射流和流痕

冷/熱模注塑成型技術有利于改進熔接線的深度和可視程度。利用一個測試模具,沙伯基礎創(chuàng)新塑料分別采用冷/熱模注塑成型技術和傳統的注塑工藝分別加工了3種不同的材料。使用傳統注塑技術生產的部件,其表面熔接線的深度介于6~13μm之間,而在采用冷/熱模注塑成型工藝生產的部件上,完全看不到熔接線,因此也無從測量其深度。這一突破性的改進意味著對某些產品的涂裝作業(yè)能夠省去。

減小內應力

內應力一般是導致產品翹曲變形的主要原因之一,在某些情況下,它還有可能縮短部件的使用壽命。一般,采用傳統方法注塑成型的部件具有較高的內應力,此時如果應用四氯化碳(CCl4)這種廣為熟知的應力開裂促進劑作溶劑進行試驗,就會導致部件的開裂。而采用冷/熱模技術注塑成型的制件由于具有較低的內應力,因此即使采用了CCl4溶劑,也不會導致部件的開裂。顯然,采用冷/熱模技術注塑成型的部件在使用前可取消退火處理。

冷/熱模注塑成型技術的首次應用是生產汽車車頂的行李支架,該產品被用來替代原來的金屬制件。沙伯基礎創(chuàng)新塑料采用了玻纖增強Xenoy*

1760樹脂(即11%玻纖增強PC/PBT)來生產該行李支架部件。當采用傳統的注塑成型工藝時,制品表面出現了明顯的噴射痕和熔接線,以至于無法滿足表面質量要求。同時,玻纖增強材料還使得制品表面非常粗糙,因此需要在上漆之前進行打磨。而采用冷/熱模注塑成型技術后,上述各種表面質量問題都得以避免,從而滿足了高表面質量的要求。

總之,當使用PC、PC/ABS和PC/PBT等材料生產電視屏幕邊框、導光板、汽車音響組件和筆記本電腦外殼等產品時,利用冷/熱模注塑成型工藝,能夠最大程度地減少影響制品外觀的質量問題。第三節(jié)常見塑料注塑工藝參數

一、熱塑性塑料注塑特性1、塑料材料的聚集態(tài)(1)結晶型塑料(2)無定型塑料2、熱穩(wěn)定性(1)熱敏性塑料(2)非熱敏性塑料3、表觀粘度的溫度敏感性(1)表觀粘度對溫度敏感的塑料(2)表觀粘度對溫度不敏感的塑料4、吸濕性與高溫水解敏感性二、PS塑料注塑工藝特性與工藝參數的設定1、PS為無定型塑料,熔融溫度范圍較寬,熱穩(wěn)定性較好;2、熱變形溫度為70～100℃,粘流溫度為150～204℃,300℃以上出現分解;3、PS熔體的粘度對溫度的敏感性和對剪切速率的敏感性都適中,流動性好,易成型;4、PS樹脂的吸水率很低,一般為0.01～0.03%,成型前可不干燥,[必要時,可在70～80℃的循環(huán)熱風中干燥2～3h]。5、注塑時的料筒溫度控制在180～215℃范圍內,噴嘴溫度比料筒最高溫度低10～20℃。6、注射壓力一般控制在60～150MPa。大澆口、形狀簡單及厚壁制品,注射壓力可選低些,約60～80MPa。7、易形成內應力并引起開裂,殘余應力問題較為突出。為減小內應力,加工時往往需要較高的料溫、模溫,以使熔體緩慢冷卻,取向的分子得到松弛。也可選擇流動性高的品級,或添加流動性助劑;8、典型牌號加工參數(奇美公司PG－33)透明塑料的應力檢驗PG－33加工參數三、HIPS塑料注塑工藝特性與工藝參數的設定1、HIPS為苯乙烯單體與聚丁二烯橡膠的接枝共聚共混物,故其基本加工特性與PS相似,但由于不飽和橡膠的存在,高溫穩(wěn)定性不及PS,而對內應力的敏感性比PS小得多。2、橡膠膠粒影響熔體的流動性,與PS相比熔體流動性稍差,因此,加工時的注射壓力要比PS高。3、HIPS中能夠摻入PS使用。隨著PS摻入量的增加,熔體流動性變好,制品的剛性、表面光潔度提高,但脆性也加大。4、典型HIPS－－奇美公司的POLYREX?,如PH－88(高沖擊級)的主要加工參數四、ABS塑料注塑工藝特性與工藝參數的設定1、其結構中有極性基團,因此易吸濕。加工前一般要進行干燥,以消除制品上因水份而產生的銀紋及氣泡等缺陷。干燥條件為:在80～90℃的循環(huán)熱風干燥器中干燥2～4h。2、熔體粘度適中,熔體的粘度對成型溫度和注射壓力都比較敏感。提高料筒溫度和注射壓力,熔體粘度都能明顯下降,流動性增加,有利充模。3、一般成型成型加工溫度在190～230℃。高溫熱穩(wěn)定性不及聚苯乙烯,熔體溫度一般不要超過250℃。4、注射壓力的選取與制品的壁厚、設備的類型及樹脂的品級等有關。對薄壁長流程、小澆口的制品或耐熱級、阻燃級樹脂,要選取較高的注射壓力,為100～140MPa;對厚壁、大澆口的制品,注射壓力可低些,為70～100MPa。5、在生產中,除充模有困難時采用較高的注射速率外,一般情況下宜采用中、低的注射速率。6、典型牌號LG化學公司,ABS121H,ABSTR-558,ABSHF380加工參數HT－121加工參數HF－380加工參數TR－558加工參數五、聚丙烯(PP)塑料注塑工藝特性與工藝參數的設定1、PP為非極性的結晶塑料,吸水率很低,約為0.03～0.04%,注塑時一般不需進行干燥(必要時,可在80～100℃下干燥1～2h即可);2、PP的熔點為165～170℃,最大結晶速率溫度為120～130℃;成型溫度范圍較寬,為205～315℃。料筒溫度控制在210～280℃,噴嘴溫度可比料筒最高溫度低10～30℃。當制品壁厚大或樹脂的MFR高時,料筒溫度可降低至200～230℃。3、PP高溫加工中雖不存在水解問題,但過高的溫度或過長的受熱時間,會引起分子鏈斷裂而使分子量明顯降低,性能變劣。4、由于其結晶性,成型收縮率比較大。對注射成型制品,在箱孔、加強筋、附近及壁厚較大的部位,容易產生縮孔、凹痕。5、成型過程中模內冷卻不充分引起的結晶不足,易造成后結晶,引起后收縮變形。6、冷卻不均勻易造成結晶差異及不均勻的收縮,而且不均勻的密度變化(體積變化)和不均勻的溫度變化還會誘發(fā)熱殘余應力。7、加入成核劑后,可大大加快結晶速度,降低溫度對球晶大小的影響,減小厚壁制品由于冷卻不均勻造成的結構不均勻性。由于結晶度增加,且結晶均勻,減輕了后結晶作用及成型制品的后收縮變形。六、聚乙烯(PE)塑料注塑工藝特性與工藝參數的設定1、吸濕性小(<0.01%),成型前可不干燥;必要時,可在70～80℃下,干燥1～2h。2、熔點:HDPE,約為130～137℃;LDPE,約108℃～115℃;分解溫度在300℃以上。LDPE的料筒溫度可控制在140～180℃,HDPE則控制在180～220℃。3、熔體流動性好,粘度低,粘度的剪切敏感性強(特別是LDPE),加工時可采用較低的注射壓力,一般為60～80MPa;4、PE的注射速率選擇中速或慢速,而不宜采用高速注射,因為在高速注射過程中,PE存在熔體破裂傾向。5、加工時的模溫的選擇與PE的密度有關,一般,LDPE的模溫為35～60℃,HDPE為50～80℃。6、成型收縮率較大(1.5～3.5%),在制品壁厚不均勻處,加強筋處易產生癟痕,不均勻的冷卻極易造成翹曲變形。七、RPVC注塑工藝特性與工藝參數的設定1、RPVC是典型的熱敏性塑料。經過穩(wěn)定化的RPVC即使在不太高的溫度下如180℃,如果時間很長(如40min以上)仍會導致RPVC嚴重分解。因此要嚴格控制成型溫度和物料在料筒中的停留時間。RPVC的成型溫度范圍在160～200℃之間。一般為160～190℃,最高不超過200℃;料筒溫度分布一般采用階梯式設置;噴嘴溫度應比料筒末端溫度低10～20℃。2、對要求不高的制品,成型前原料可不干燥;但原料中水分含量較高時也要進行干燥。干燥方法一般是在熱風循環(huán)烘箱中,在90～100℃的溫度下干燥1～2.5h。3、RPVC的流動性一般較差,注塑時一般采用較高的注射壓力和較低的注射速率。注射壓力在90MPa以上,保壓壓力大多在60～80MPa;注射速率太高還會產生較多的摩擦熱而使塑料燒焦、產生變色等問題。因此,成型RPVC時,可采用中等或較低的注射速率。4、模具溫度一般在40℃以下,最高不超過60℃;5、螺桿轉速一般為20～50r/min;螺桿轉速過快會導致溫升過大,導致物料分解。6、RPVC注塑中的注意問題:選用螺桿式注塑機,不能選用柱塞注塑機;要做好設備的防腐工作;所有與PVC塑料接觸的部分,不充許對塑化熔體產生任何粘附或滯留;設備的溫度控制系統應指標準確,反應靈敏;螺桿長徑比可小些,螺桿頭部呈尖頭;螺桿的壓縮比為2～2.5,螺桿的三段長度可分別設置為40%、40%和20%;選用孔徑的通用噴嘴,并配有加熱控溫裝置;掌握好清洗料筒的技術;注意溫升程序,并在料筒升溫過程中,應密切注意溫升情況。料筒內的物料是否過熱,可經過主流道料的表面是否有棕色條紋來判斷。如果主流道的料有棕色條紋,則說明料筒內的塑料已過熱,應立即采取措施,對料筒進行清洗,切不可繼續(xù)操作;停機時,應先將料筒內的料全部排完,并用PS或PE等塑料及時清洗料筒,或加入專用的PVC停車料將料筒原來的RPVC基本過清方可停機。停機后立即在模具的型腔與流道表面等處涂油防銹。八、POM注塑工藝特性與工藝參數的設定1、POM也是典型的熱敏性塑料,240℃下會嚴重分解。在210℃下,停留時間不能超過20min;即使在190℃下,停留時間最好也不能超過1h。因此注塑時,在保證物料流動性的前提下,應盡量選用較低的成型溫度和較短的受熱時間。2、POM具有明顯的熔點,均聚POM為175℃、共聚POM為165℃。成型時,料筒溫度的分布:前段190～200℃,中段180～190℃,后段150～180℃,噴嘴溫度為170～180℃。對于薄壁制品,料筒溫度可適當提高些,但不能超過210℃。3、POM吸濕性小,加工前樹脂可不干燥。必要時,可在90～100℃下,干燥2～4h。4、POM的熔體粘度對剪切速率敏感。因此,要提高熔體流動性,不能單用提高溫度,也要從提高注射速率和注射壓力著手。大澆口、厚壁短流程、小面積的制品,注射壓力為40～80MPa;一般制品為100MPa左右。小澆口、薄壁長流程、大面積的制品,注射壓力較高,為120～140MPa。5、模具溫度一般控制在80～100℃,對薄壁長流程及形狀復雜的制品,模溫可提高至120℃。6、高結晶度使成型收縮率較高(2～2.8％),壁厚部位易產生凹痕、縮癟等缺陷。POM注塑中的注意事項:操作時嚴格控制成型工藝條件;嚴格控制POM的成型溫度和物料在料筒內的停留時間;嚴格開車與停車操作;加工POM時,若料筒內存有加工溫度超過POM的物料,要先用PE作為清洗料將料筒清洗干凈,待溫度降至POM的加工溫度時,再用PE清洗一次料筒,方可投料進行成型操作;在成型過程中,如發(fā)現有嚴重的刺鼻甲醛味、制品上有黃棕色條紋時,表明物料已發(fā)生降解,此時應立即用對空注射的方法,將料筒內的物料排空,并用PE清洗料筒,待正常后再行加工;某些物料或添加劑(如PVC、含鹵阻燃劑等),對POM有促進降解作用,必須嚴格分離,不允許相互混雜。注意控制模具溫度與噴嘴溫度,避免溫度控制不當造成的物料凝固、防止產生熔接痕。聚甲醛加工參數聚甲醛的成型收縮率聚甲醛的后收縮九、PC注塑工藝特性與工藝參數的設定1、聚集態(tài)特性屬于無定型塑料,Tg為149～150℃;Tf為215～225℃;成型溫度為250～310℃;2、熱穩(wěn)定性較好,并隨分子量的增大而提高。但PC高溫下遇水易降解,成型時要求水分含量在0.02%以下。高溫下水分對PC特別有害。在成型前,PC樹脂必須進行充分干燥(而且應當充分注意防止干燥過的物料再吸濕)。干燥效果的快速檢驗法,是在注塑機上采用”對空注射”。3、熔體粘度高,流動性較差,其流動特性接近于牛頓流體,熔體粘度受剪切速率影響較小,而對溫度的變化十分敏感,在適宜的成型加工溫度范圍內調節(jié)加工溫度,能有效地控制PC的粘度。4、由于粘度高,注射壓力較高,一般控制在80～120MPa。對于薄壁長流程、形狀復雜、澆口尺寸較小的制品,為使熔體順利、及時充模,注射壓力要適當提高至120～150MPa。保壓壓力為80～100MPa。5、成型時,冷卻固化快,為延遲物料冷凝,需控制模溫為80～120℃。6、PC分子主鏈中有大量苯環(huán),分子鏈的剛性大,注塑中易產生較大的內應力,使制品開裂或影響制品的尺寸穩(wěn)定性;(在100℃以上作長時間熱處理,它的剛硬性增加,內應力降低)。PC的典型干燥曲線臺灣奇美典型牌號加工參數:十、PA及玻纖增強PA注塑工藝特性與工藝參數設定1、常見品種及其熔點:品種:尼龍-66;尼龍-610;尼龍-1010;尼龍-1212;尼龍-46尼龍-6;尼龍-7;尼龍-9;尼龍-11;尼龍-12;尼龍-66/6、尼龍-66/610;尼龍-6∕66∕1010;尼龍-66/6/610熔點:尼龍n系列:尼龍－6215～220℃;尼龍－12為178℃;尼龍m,n系列:尼龍－46295℃;尼龍－66255～265℃;尼龍－610215～223℃;尼龍－1010200℃;共縮聚尼龍:由于分子鏈的規(guī)整性較差,結晶性和熔點一般較低,如尼龍－6∕66∕1010的熔點僅為155～175℃,但其有較好的透明性和彈性。2、熔點高,熔化范圍窄(約10℃)?？紤]到PA熔點高、熱穩(wěn)定性較差,故加工溫度不宜太高,一般高于熔點30℃左右即可。3、吸濕性大,且酰胺基易于高溫水解,引起分子量嚴重降低;(須嚴格干燥至含水量低于0.05％,特別是回料使用時更應嚴格干燥,必要時可添加”增粘劑”。)4、熔體粘度低,表觀粘度對溫度敏感,由于熔體的冷卻速率快,要防止塑料堵塞噴孔、流道、澆口等。為阻止熔體逆流,螺桿頭應裝有止逆環(huán);另外,為防止噴嘴處熔體的”流涎”現象,應選用自鎖式噴嘴。5、注射PA時不需高的注射壓力,一般選取范圍為70～100MPa,一般不超過120MPa。注射速率宜略快些,這樣可防止因冷卻速率快而造成波紋及充模不足等問題。6、模具溫度一般控制在40～90℃。模具溫度對制品的性能影響較大。7、酰胺基在高溫下對氧敏感,容易發(fā)生氧化變色(必要時可添加尼龍專用的熱穩(wěn)定劑);8、高結晶性,成型收縮率大,易產生結晶應力,而且明顯隨制品的厚度增大而增加;9、成型后制品的緩慢吸濕易引起尺寸精度的較大變化。這點也被利用來進行調濕處理,一般可在沸水或醋酸鉀水溶液(醋酸鉀與水的比例為1.25∶1,沸點為121℃)中進行。10、熔體著色所適用的有機顏料品種較少(酰胺基具有還原性,加之成型溫度高)。尼龍吸水率尼龍及玻纖增強尼龍成型溫度PA46安全加工溫度－時間組合圖玻璃纖維增強尼龍(GF－PA)工藝特性1、GF-PA中由于含大量玻纖,注塑中存在四大問題:(1)流動性差。(2)收縮率小,且各向異性明顯。(3)制品性能易出現波動。(4)制品表面粗糙度數值大。2、由于流動性差,且加入玻纖后的熔體冷凝硬化快,需要比未加玻纖時提高溫度約10－30℃;3、應采用較大的注射速率和較高的注射壓力;4、由于大量玻纖引起的高粘度,增強尼龍可用通用噴嘴;5、對機筒的磨損大;6、為使增強尼龍制品有較高的強度,需要注意盡可能地保護玻纖的長度,減少玻纖損傷;(從螺桿、噴嘴、澆口等裝備因素到注塑工藝條件)7、玻纖增強料成型加工中最常有缺陷:”浮纖”或稱”玻纖外露”;玻纖取向引起的各向異性;熔接痕處強度特低;纖維取向不同厚度處的取向狀況皮－芯效應與熔接痕前鋒料遇到障礙后分流－合流－熔接玻纖含量與熔接痕強度十一、PMMA注塑工藝特性與工藝參數的設定PMMA樹脂俗稱”壓克力”,國內著名商品牌號有372＃(實為MS)1、PMMA無定形聚合物,Tg為105℃,熔融溫度大于160℃,而分解溫度高達270℃以上,成型的溫度范圍較寬;2、PMMA樹脂顆粒易吸收水份,而這些水分的存在,在成型過程中由于受熱揮發(fā),導致熔體起泡、膨脹、使制品出現銀絲、氣泡、透明度變差、有糊斑等問題。PMMA在熱風循環(huán)干燥設備上的干燥,其干燥工藝參數:溫度為70～80℃,時間為2～4h;3、PMMA熔體粘度對溫度變化比較敏感。注射溫度的改變對熔體流動長度的影響要比注射壓力與比注射速率明顯些,更比模具溫度顯著得多。故在成型時改變PMMA的流動性主要是從注射溫度著手。但選用高料溫時易受其它工藝參數影響而給制品表面帶來變色等問題;4、PMMA熔體粘度較大,流動性比較差,因此,需要較大的注射壓力,一般寬澆口、易流動