注塑成型工艺

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塑胶的注塑成型工艺过程主要包括填充、保压、冷却、脱模四个阶段,这四个阶段直接决定着制品的成型质量,而且这四个阶段是一个完整的连续过程。

一、填充阶段

填充是整个注塑循环过程中的第一步,时间从模具闭合开始注塑算起,到模具型腔填充到大约95%为止。理论上,填充时间越短成型效率越高,但是实际中,成型时间或者注塑速度要受到很多条件的制约。填充时间越短成型效率越高,但是实际中,成型时间或者注塑速度要受到很多条件的制约。

高速填充时剪切率较高,塑料由于剪切变稀的作用而存在粘度下降的情形,使整体流动阻力降低;局部的粘滞加热影响也会使固化增厚度变薄。因此在流动控制阶段,填充行为往往取决于待填充的体积大小。即在流动控制阶段,由于高速填充,熔体的剪切变稀效果往往很大,而薄壁的冷却作用并不明显,于是速率的效用占了上风。

低速填充,热传导控制低速填充时,剪切率较低,局部粘度较高,流动阻力较大。由于热塑料补充速率较慢,流动较为缓慢,使热传导效应较为明显,热量迅速为冷膜壁带走。加上较少量的粘滞加热现象,固化层厚度较厚,又进一步增加壁部较薄处的流动阻力。

由于喷泉流动的原因,在流动波前面的塑料高分子链排向几乎平行流动波前。因此两股塑料熔胶在交汇时,接触面的高分子链互相平行;加上两股熔胶性质各异(在膜腔中滞留时间不同,温度、压力也不同),造成熔胶交汇区域在微观上结构强度极差。在光线下将零件摆放适当的角度用肉眼观察,可以发现有明显的结合线产生,这就是熔接痕的形成机理。熔接痕不仅影响塑件外观,同时由于微观结构的松散,易造成应力集中,从而使得部分的强度降低而发生断裂。

一般而言,在高温区产生熔接的熔接痕强度极佳,因此高温情形下,高分子链活动性较佳,可以互相穿透缠绕,此外高温度区域两股熔体的温度较为接近,熔体的热性质几乎相同,增加了熔接区域的强度,反之在低温区域,熔接强度较差。

二、保压阶段

保压阶段的作用是持续施加压力,压实熔体,增加塑料密度,以补偿塑料的收缩行为。在保压过程中,由于模腔中已经填满塑料,背压较高。

在保压压实过程中,注塑机螺杆仅能慢慢地向前做微小移动,塑料的流动速度也较为缓慢,这时的流动称作保压流动。由于在保压阶段,塑料受模壁冷却固化加快,熔体粘度增加也很快,因此模具型腔内的阻力很大。

在保压的后期,材料密度持续增大,塑料也逐渐成型,保压阶段要一直持续到浇口固化封口为止,此时保压阶段的模腔压力达到最高值。

在保压阶段,由于压力相当高,塑料呈现部分可压缩特性。在压力较高的区域,塑料较为密实,密度较高;在压力较低区域,塑料较为疏松,密度较低,因此造成密度分布随为止及时间发生变化。保压过程中塑料流速较低,流动不再起主导作用;压力为影响保压过程的主要因素。保压过程中塑料已经充满模腔,此时逐渐固化的熔体作为传递压力的介质。模腔中的压力借助塑料传递至膜壁表面,有撑开模具的趋势,因此需要适当的锁模力进行锁模,涨模力在正常情形下会微微将模具撑开,对于模具的排气具有帮助作用;但若涨模力过大,易造成成型品毛边、溢料,甚至撑开模具。因此在选择注塑机时,应选择具有足够大锁模力的注塑机,以防止涨模现象并能有效进行保压。

三、冷却阶段

在注塑成型模具中,冷却系统的设计非常重要。这是因为成型塑料制品只有冷却固化到一定刚性,脱模后才能避免塑料制品因受到外力而产生变形。由于冷却时间占整个成型周期约7080%,因此设计良好的冷却系统可以大幅度缩短成型时间,提高注塑生产率,降低成本。设计不当的冷却系统会使成型时间拉长,增加成本;冷切不均匀会更进一步造成塑料制品的翘曲变形。

根据实验,由熔体进入模具的热量大体分两部分散发,一部分有5%经辐射、对流传递到大气中,其中95%从熔体传导到模具。塑料制品在模具中由于冷却水管的作用,热量由模腔中的塑料通过热传导经模架传至冷却水管,再通过热对流被冷却液带走。少数未被冷却水带走的热量则继续在模具中传导,至接触外界后散失在空气中。

注塑成型的成型首期由合模时间、填充时间、保压时间、冷却时间及脱模时间组成。其中以冷却时间所占比重最大,大约为7080%。因此冷却时间将直接影响塑料制品成型周期长短及产量大小。脱模阶段塑料制品温度应冷却至低于塑料制品的热变形温度,以防止塑料制品因残余应力导致的松弛现象或脱模外力所造成的翘曲及变形。

四、脱模阶段

脱模是一个注塑成型循环中的最后一个环节。虽然制品已经冷却成型,但脱模还是对制品的质量有很重要的影响,脱模方式不当,可能会导致产品在脱模时受力不均,顶出时引起产品变形等缺陷。脱模的方式主要有两种:顶杆脱模和脱料板脱模。设计模具时要根据产品的结构特点选择合适的脱模方式,以保证产品质量。对于选用顶杆脱模的模具,顶杆的设置应尽量均匀,并且位置应选在脱模阻力最大以及塑件强度和刚度最大的地方,以免塑件变形损坏。而脱料板则一般用于深腔薄壁容器以及不允许有推杆痕迹的透明制品的脱模,这种结构特点是脱模里大且均匀,运动平稳,无明显的遗留痕迹。

五、从以上四个阶段系统总结注塑机关键参数及运维关键点

1、温度

1)温度的测量和控制在注塑中是十分重要的,虽然进行这些测量是相对地简单,但多数注塑机都没有足够的温度采点或线路。在多数注塑机上,温度是由热电偶感应的。一个热电偶基本上由两条不同的电线尾部相接而组成的。如果一端比另一端热,将产生一个微小的电讯,越是加热讯号越强。

2)温度的控制热电偶也广泛应用作温度控制系统的感应器,在控制仪器上,设定需要的温度,而感应器显示将与设定点上产生的温度相比较。在这最简单的系统中当温度到达设定点时,就会关闭,温度下降后电源又重新开启,这种系统称为开闭控制,因为它不是开就是关。

3)熔胶温度

熔胶温度是很重要的,所用的射料缸温度只是指导性。熔胶温度可在射嘴处量度或使用空气喷射法来量度。射料缸的温度设定取决于熔胶温度、螺杆转速、背压、射料量和注塑周期。你如果没有加工某一特定级别塑料的经验,请从最低的设定开始。为了便于控制,射料缸分了区,但不是所有都设定相同温度。如果运作时间长或在高温下操作,请将第一区的温度设定为较低的数值,这将防止塑料过早熔化和分流。注塑开始前,确保液压油、料斗封闭器、模具和射料缸都处于正确温度下。

2、注塑压力

这是引起塑料流动的压力,可以用在射嘴或液压线上的传感器来测量。它没有固定的数值,而模具填充越困难,注塑压力也增大,注塑线压力和注塑压力是有直接关系。

1)第一阶段压力和第二阶段压力在注塑周期的填充阶段中,可能需要采用高射压,以维持注塑速度于要求水平。模具经填充后便不再需要高压力。不过在注塑一些半结晶性热塑性塑料(如PAPOM)时,由于压力骤变,会使结构恶化,所以有时无须使用次阶段压力。

2)锁模压力为了对抗注射压力,必须使用锁模压力,不要自动地选择可供使用的最大数值,而要考虑投影面积,计算一个合适的数值。注塑件的投影面积,是从锁模力的应用方向看到的最大面积。对大多数注塑情况来说,它约为每平方英寸2吨,或每平方米31兆牛顿,然而这只是个低数值,而且应当作为一个很粗略的经验值,因为,一旦注塑件有任何的深度,那么侧壁便必须考虑。

3)背压

这是螺杆后退前所须要产生及超越的压力,采用高背压虽有利于色料散布均匀及塑料熔化,但却同时延长了螺杆回位时间,减低填充塑料所含纤维的长度,并增加了注塑机的应力。故背压越低越好,在任何情况下都不能超过注塑机注塑压力(最高定额)的20%

3、注塑速度

这是指螺杆作为冲头时,模具的填充速度。注塑薄壁制品时,必须采用高射速,以便于熔胶未凝固时完全填充模具,生产较为光滑的表面。填充时使用一系列程序的射速,壁免产生喷射或困气等缺陷。注塑可在开环式或闭环式控制系统下进行。无论采用那种注射速度,都必须将速度值连同注射时间记录于记录表上,注塑时间指模具达到预定的首阶段射压所须的时间,乃螺杆推进时间的一部分。

4、模具排气

由于快速填充模具的缘故,模具必须让气体排出,多数情况下这气体只是模腔中的空气。如果空气不能排出,它会被熔融压缩,使温度上升将引起塑料燃烧。排气位须设于夹水纹及最终注塑部分附近。一般排气位为613毫米宽,0.010.03毫米深的槽,通常设于其中一个半模的分模面处。

5、保压

在注塑周期的填充阶段中,可能需要采用高射压,以维持注塑速度于要求的水平。模具填充后,就进入保持阶段,这时螺杆(起冲压器作用)推进额外的塑料以补偿塑料收缩。这可在较低或同样高的压力下完成。通常若首阶段采用高压,次阶段便采用较低压,不过,在注塑一些半结晶性热塑性塑料(如PAPOM时),由于压力骤变,会使结晶体结构恶化,所以有时无需使用次阶段压力。

6、停机

最重要的是采取一个合理的停机过程,这样便可节省大量时间和金钱。如果你要停机,正例如燃烧塑料,那么便没有需要泻出塑料。你可能会节省完全关闭和清洁注塑机的费用。

7、暂时的停顿

若注塑机暂停运作,更须多次将余胶喷清或让别的塑料来通过注塑机清洗射料缸的剩余塑料。遇上塑料退色,喷清的次数就要增加。进行轻微修理时,射料缸的加热器须调校至最低值,以尽量减低热分解的可能。在更现代化的注塑机上该过程可能会自动启动。

8、整晚的停顿

注塑热塑性塑料(如PS)前,如已预先停机一晚,就只须关闭底部的滑板及射料缸加热器,将射料缸喷射干净。射嘴完全清洁,尽量把射料缸高度冷却,等注塑机冷却后关闭所有装备,注塑机便可准备好再次加热。

9、锁模压力

锁模压力必须大于塑料射入模内之总压力,若过低塑料即可能由分模面处溢出。压力过高又会损耗机器,模具及浪费电力。故适当的锁模力是以成品射入模内分模面不出毛边为原则。

10、螺杆功能螺杆对原料有输送、混练、排气、除湿、熔解及计量等功能,塑胶原料熔融时所需之热量有百分之七十是来自螺杆旋转时发生之磨擦热,有百分之三十是来自电热片补充之热量。低黏度、小螺杆、熔胶转速要加快。高黏度、大螺杆熔胶转速要放慢。复合材料需放慢转速。

1)射出速度

射出速度之快慢,主要决定原料在模具之浇道中及模穴内流动之状况。速度太快会产生毛头过饱、烧焦及粘模,太慢易造成短射缩水,结合线明显,须依实际需要分段调整

2)射出压力

射出压力于射出速度有部分共同之影响,都是决定在模具内原料如何能均匀的,彻底的适量的流满各角落,压力太低会产生短射缩水,压力太高会产生毛边、粘模、内应力残留日后变形、破裂、易损坏模具,机台等。

3)原料温度

成型时使原料恰当熔融所需之热量及温度,因每种原料之熔融温度及比热不同而不同。温度过低原料熔融不均则短射,色泽不均,成品内应力高。加温过高或过久,则因流动性太好易使成品产生毛头,又因冷却温度差异使成品主生缩水,严重时则使原料分解变质甚至烧焦。

       11、模具温度原料将大量之热带入模具,而成品则将部分之热又散入空气中因此欲使模具保持某一不变之温度,在模具内通冷冻水、冷水、热水、热油或加电热棒,以使进出模具内之热平衡而能保持某一不变之温度。模温太低,成品易产生短射,表面粗糙,内应力高,粘模。模温太高,成品易产生收缩下陷、周期延长,故冷却时间、模温高低可依经验来设定。

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