注塑成型是一門工程技術,它所涉及的內容是將塑料轉變為有用并能保持原有性能的制品。注射成型的重要工藝條件是影響塑化流動和冷卻的溫度,壓力和相應的各個作用時間。
一、溫度控制
1、料筒溫度:注射模塑過程需要控制的溫度有料筒溫度,噴嘴溫度和模具溫度等。前兩程溫度主要影響塑料的塑化和流動,而后一種溫度主要是影響塑料的流動和冷卻。每一種塑料都具有不同的流動溫度,同一種塑料,由于來源或牌號不同,其流動溫度及分解溫度是有差別的,這是由于平均分子量和分子量分布不同所致,塑料在不同類型的注射機內的塑化過程也是不同的,因而選擇料筒溫度也不相同。
2、噴嘴溫度:噴嘴溫度通常是略低于料筒最高溫度的,這是為了防止熔料在直通式噴嘴可能發生的“流涎現象”。噴嘴溫度也不能過低,否則將會造成熔料的早凝而將噴嘴堵死,或者由于早凝料注入模腔而影響制品的性能。
3、模具溫度:模具溫度對制品的內在性能和表觀質量影響很大。模具溫度的高低決定于塑料結晶性的有無、制品的尺寸與結構、性能要求,以及其它工藝條件(熔料溫度、注射速度及注射壓力、模塑周期等)。
二、壓力控制:注塑過程中壓力包括塑化壓力和注射壓力兩種,并直接影響塑料的塑化和制品質量。
1、塑化壓力:(背壓)采用螺桿式注射機時,螺桿頂部熔料在螺桿轉動后退時所受到的壓力稱為塑化壓力,亦稱背壓。這種壓力的大小是可以通過液壓系統中的溢流閥來調整的。在注射中,塑化壓力的大小是隨螺桿的轉速都不變,則增加塑化壓力時即會提高熔體的溫度,但會減小塑化的速度。此外,增加塑化壓力常能使熔體的溫度均勻,色料的混合均勻和排出熔體中的氣體。一般操作中,塑化壓力的決定應在保證制品質量優良的前提下越低越好,其具體數值是隨所用的塑料的品種而異的,但通常很少超過20公斤/厘米2。
2、注射壓力:在當前生產中,幾乎所有的注射機的注射壓力都是以柱塞或螺桿頂部對塑料所施的壓力(由油路壓力換算來的)為準的。注射壓力在注塑成型中所起的作用是,克服塑料從料筒流向型腔的流動阻力,給予熔料充模的速率以及對熔料進行壓實。
三、成型周期
完成一次注射模塑過程所需的時間稱成型周期,也稱模塑周期。它實際包括以下幾部分:
成型周期:成型周期直接影響勞動生間率和設備利用率。因此,在生產過程中應在保證質量的前提下,盡量縮短成型周期中各個有關時間。在整個成型周期中,以注射時間和冷卻時間最重要,它們對制品的質量均有決定性的影響。注射時間中的充模時間直接反比于充模速率,生產中充模時間一般約為3~5秒。
注射時間中的保壓時間就是對型腔內塑料的壓力時間,在整個注射時間內所占的比例較大,一般約為20~120秒(特厚制件可高達5~10分鐘)。在澆口處熔料封凍之前,保壓時間的多少,對制品尺寸準確性有影響,若在以后,則無影響。保壓時間也有最惠值,已知它依賴于料溫,模溫以及主流道和澆口的大小。如果主流道和澆口的尺寸以及工藝條件都是正常的,通常即以得出制品收縮率波動范圍最小的壓力值為準。冷卻時間主要決定于制品的厚度,塑料的熱淚盈眶性能和結晶性能,以及模具溫等。冷嘲熱諷卻時間的終點,應以保證制品脫模時不引起變動為原則,冷卻時間性一般約在30~120秒鐘之間,冷卻時間過長沒有必要,不僅降低生產效率,對復雜制件還將造成脫模困難,強行脫模時甚至會產生脫模應力。成型周期中的其它時間則與生產過程是否連續化和自動化以及兩化的程度等有關。
熱塑性塑料成型
熱塑性塑料品種每繁多,即使同一品種也由于樹脂分子及附加物配比不同而使其使用及工藝特性也有所不同。另外,為了改變原有品種的特性,常用共聚、交聯等各種化學方法在原有的樹脂結構中導入一定百分比量的其它單體或高分子等,以改變原有樹脂的結構成為具有新的改進物性和加工性的改性產品。例如,ABS即為在聚苯乙烯分子中導入了丙烯腈、丁二烯等第二和第三單體后成為改性共聚物,可看作稱改性聚苯乙烯,具有比聚苯乙烯優異綜合性能,工藝特性。由于熱塑性塑料品種多、性能復雜,即使同一類的塑料也有僅供注塑用和擠出用之分,故本章節主要介紹各種注塑用的熱塑性塑料。
1、收縮率
熱塑性塑料成型收縮的形式及計算如前所述,影響熱塑性塑料成型收縮的因素如下:
1.1塑料品種熱塑性塑料成型過程中由于還存在結晶化形起的體積變化,內應力強,凍結在塑件內的殘余應力大,分子取向性強等因素,因此與熱固性塑料相比則收縮率較大,收縮率范圍寬、方向性明顯,另外成型后的收縮、退火或調濕處理后的收縮率一般也都比熱 固性塑料大。
1.2塑件特性成型時熔融料與型腔表面接觸外層立即冷卻形成低密度的固態外殼。由于塑料的導熱性差,使塑件內層緩慢冷卻而形成收縮大的高密度固態層。所以壁厚、冷卻慢、高密度層厚的則收縮大。另外,有無嵌件及嵌件布局、數量都直接影響料流方向,密度分布及收縮阻力大小等,所以塑件的特性對收縮大小、方向性影響較大。
1.3進料口形式、尺寸、分布這些因素直接影響料流方向、密度分布、保壓補縮作用及成型時間。直接進料口、進料口截面大(尤其截面較厚的)則收縮小但方向性大,進料口寬及長度短的則方向性小。距進料口近的或與料流方向平行的則收縮大。
1.4成型條件模具溫度高,熔融料冷卻慢、密度高、收縮大,尤其對結晶料則因結晶度高,體積變化大,故收縮更大。模溫分布與塑件內外冷卻及密度均勻性也有關,直接影響到各部分收縮量大小及方向性。另外,保持壓力及時間對收縮也影響較大,壓力大、時間長的則收縮小但方向性大。注塑壓力高,熔融料粘度差小,層間剪切應力小,脫模后彈性回跳大,故收縮也可適量的減小,料溫高、收縮大,但方向性小。因此在成型時調整模溫、 壓力、注塑速度及冷卻時間等諸因素也可適當改變塑件收縮情況。
模具設計時根據各種塑料的收縮范圍,塑件壁厚、形狀,進料口形式尺寸及分布情況,按經驗確定塑件各部位的收縮率,再來計算型腔尺寸。對高精度塑件及難以掌握收縮率時,一般宜用如下方法設計模具:
①對塑件外徑取較小收縮率,內徑取較大收縮率,以留有試模后修正的余地。
②試模確定澆注系統形式、尺寸及成型條件。
③要后處理的塑件經后處理確定尺寸變化情況(測量時必須在脫模后24小時以后)。
④按實際收縮情況修正模具。
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