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塑料注塑工艺的七大影响因素,中国化工网,okmart.com
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塑料注塑工艺的七大影响因素
2020年10月30日    阅读量:     新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

注塑速度的比例控制已经被注塑机制造商广泛采用。虽然电脑控制注塑速度分段控制系统早已存在,但由于相关的资料有限,这种机器设置的优势很少得到发挥。本文将系统的说明应用多段速度注塑的优点,并概括地介绍其在消除短射、困气、缩水等制品缺陷上的用途中国化工网okmart.com

  

射胶速度与制品质量的密切关系使它成为注塑成型的关键参数。通过确定填充速度分段的开始、中间、终了, 并实现一个设置点到另一个设置点的光滑过渡,可以保证稳定的熔体表面速度以制造出期望的分子取问及最小的内应力。

 

我们建议采用以下这种速度分段原则:1)流体表面的速度应该是常数。2)应采用快速射胶防止射胶过程中熔体冻结。3)射胶速度设置应考虑到在临界区域(如流道)快速充填的同时在入水口位减慢速度。4)射胶速度应该保证模腔填满后立即停止以防止出现过填充、飞边及残余应力。 


设定速度分段的依据必须考虑到模具的几何形状、其它流动限制和不稳定因素。速度的设定必须对注塑工艺和材料知识有较清楚的认识,否则,制品品质将难以控制。因为熔体流速难以直接测量,可以通过测量螺杆前进速度,或型腔压力间接推算出(确定止逆阀没有泄漏)。 

 

材料特性是非常重要的,因为聚合物可能由于应力不同而降解,增加模塑温度可能导致剧烈氧化和化学结构的降解,但同时由剪切引起的降解变小,因为高温降低了材料的粘度,减少了剪切应力。无疑,多段射胶速度对成型诸如PC、POM、UPVC等对热敏感的材料及它们的调配料很有帮助。  

 

模具的几何形状也是决定因素:薄壁处需要最大的注射速度;厚壁零件需要慢—快—慢型速度曲线以避免出现缺陷;为了保证零件质量符合标准,注塑速度设置应保证熔体前锋流速不变。

 

熔体流动速度是非常重要的,因为它会影响零件中的分子排列方向及表面状态;当熔体前方到达交叉区域结构时,应该减速;对于辐射状扩散的复杂模具,应保证熔体通过量均衡地增加;长流道必须快速填充以减少熔体前锋的冷却,但注射高粘度的材料,如PC是例外情况,因为太快的速度会将冷料通过入水口带入型腔。

 

调整注塑速度可以帮助消除由于在入水口位出现的流动放慢而引起的缺陷。当熔体经过射嘴和流道到达入水口时,熔体前锋的表面可能已经冷却凝固,或者由于流道突然变窄而造成熔体的停滞,直到建立起足够的压力推动熔体穿过入水口,这就会使通过入水口的压力出现峰形。

 

高压将损伤材料并造成诸如流痕和入水口烧焦等表面缺陷,这种情况可以通过刚好在入水口前减速的方法克服上述缺陷。这种减速可以防 止入水口位的过度剪切,然后再将射速提高到原来的数值。因为精确控制射速在入水口位减慢是非常困难的,所以在流道末段减速是一个较好的方案。 

 

我们可以通过控制末段射胶速度来避免或减少诸如飞边、烧焦、困气等缺陷。填充末段减速可以防止型腔过度填充,避免出现飞边及减少残余应力。由于模具流径末端排气不良或填充问题引起的困气,也可以通过降低排气速度,特别是射胶末段的排气速度加以解决。


短射是由于入水口处的速度过慢或熔体凝固造成的局部流动受阻等原因产生的。在刚刚通过入水口或局部流动阻碍时加快射胶速度可以解决这个问题。 

 

流痕、入水口烧焦、分子破裂、脱层、剥落等发生在热敏性材料上的缺陷是由于通过入水口时的过度剪切造成的。


光滑的制件取决于注塑速度,玻璃纤维填充材料尤其敏感,特别是尼龙。暗斑(波浪纹)是由于粘度变化造成的流动不稳定引起的。扭曲的流动能导致波浪纹或不均匀的雾状,究竟产生何种缺陷取决于流动不稳定的程度。 

 

当熔体通过入水口时高速注射会导致高剪切,热敏性塑料将出现烧焦,这种烧焦的材料会穿过型腔,到达流动前锋,呈现在零件表面。 


为了防止射纹,射胶速度设置必须保证快速填充流道区域然后慢速通过入水口。找出这个速度转换点是问题的本质。如果太早,填充时间会过度增加,如果太迟,过大的流动惯性将导致射纹的出现。熔体粘度越低,料筒温度越高则这种射纹出现的趋势越明显。由于小入水口需要高速高压注射,所以也是导致流动缺陷的重要因素。


缩水可以通过更有效的压力传递,更小的压力降得以改善。低模温和螺杆推进速度过慢极大地缩短了流动长度,必须通过高射速来补偿。高速流动会减少热量损失,并且由于高剪切热产生磨擦热,会造成熔体温度的升高,减慢零件外层的增厚速度。型腔交叉位必须有足够厚度以避免太大的压力降,否则就会出现缩水。   

 

总之,大多数注塑缺陷可以通过调整注塑速度得到解决,所以调整注塑工艺的技巧就是合理的设置射胶速度及其分段。


塑料注塑工艺的七大影响因素


1、收缩率


热塑性塑料成型收缩的形式及计算如前所述,影响热塑性塑料成型收缩的因素如下:


1.1 塑料品种热塑性塑料成型过程中由于还存在结晶化形起的体积变化,内应力强,冻结在塑件内的残余应力大,分子取向性强等因素,因此与热固性塑料相比则收缩率较大,收缩率范围宽、方向性明显,另外成型后的收缩、退火或调湿处理后的收缩率一般也都比热固性塑料大。


1.2 塑件特性成型时熔融料与型腔表面接触外层立即冷却形成低密度的固态外壳。由于塑料的导热性差,使塑件内层缓慢冷却而形成收缩大的高密度固态层。所以壁厚、冷却慢、高密度层厚的则收缩大。另外,有无嵌件及嵌件布局、数量都直接影响料流方向,密度分布及收缩阻力大小等,所以塑件的特性对收缩大小、方向性影响较大。


1.3 进料口形式、尺寸、分布这些因素直接影响料流方向、密度分布、保压补缩作用及成型时间。直接进料口、进料口截面大(尤其截面较厚的)则收缩小但方向性大,进料口宽及长度短的则方向性小。距进料口近的或与料流方向平行的则收缩大。


1.4 成型条件模具温度高,熔融料冷却慢、密度高、收缩大,尤其对结晶料则因结晶度高,体积变化大,故收缩更大。模温分布与塑件内外冷却及密度均匀性也有关,直接影 响到各部分收缩量大小及方向性。另外,保持压力及时间对收缩也影响较大,压力大、时间长的则收缩小但方向性大。注塑压力高,熔融料粘度差小,层间剪切应力小,脱模后弹性 回跳大,故收缩也可适量的减小,料温高、收缩大,但方向性小。因此在成型时调整模温、压力、注塑速度及冷却时间等诸因素也可适当改变塑件收缩情况。


模具设计时根据各种塑料的收缩范围,塑件壁厚、形状,进料口形式尺寸及分布情况,按经验确定塑件各部位的收缩率,再来计算型腔尺寸。对高精度塑件及难以掌握收缩率时,一般宜用如下方法设计模具:


①对塑件外径取较小收缩率,内径取较大收缩率,以留有试模后修正的余地。


②试模确定浇注系统形式、尺寸及成型条件。


③要后处理的塑件经后处理确定尺寸变化情况(测量时必须在脱模后24小时以后)。


④按实际收缩情况修正模具。


⑤再试模并可适当地改变工艺条件略微修正收缩值以满足塑件要求。

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2、流动性


2.1 热塑性塑料流动性大小,一般可从分子量大小、熔融指数、阿基米德螺旋线流动长度、表现粘度及流动比(流程长度/塑件壁厚)等一系列指数进行分析。分子量小,分子量分布宽,分子结构规整性差,熔融指数高、螺流动长度长、表现粘度小,流动比大的则流动性就好,对同一品名的塑料必须检查其说明书判断其流动性是否适用于注塑成型。按模具设计要求大致可将常用塑料的流动性分为三类:


①流动性好 PA、PE、PS、PP、CA、聚(4)甲基戍烯;


②流动性中等 聚苯乙烯系列树脂(如ABS、AS)、PMMA、POM、聚苯醚;


③流动性差 PC、硬PVC、聚苯醚、聚砜、聚芳砜、氟塑料。


2.2 各种塑料的流动性也因各成型因素而变,主要影响的因素有如下几点:


①温度料温高则流动性增大,但不同塑料也各有差异,PS(尤其耐冲击型及MFR值较高的)、PP、PA、PMMA、改性聚苯乙烯(如ABS、AS)、PC、CA等塑料的流动性随温度变化较大。对PE、POM、则温度增减对其流动性影响较小。所以前者在成型时宜调节温度来控制流动性。


②压力注塑压力增大则熔融料受剪切作用大,流动性也增大,特别是PE、POM较为敏感,所以成型时宜调节注塑压力来控制流动性。


③模具结构浇注系统的形式,尺寸,布置,冷却系统设计,熔融料流动阻力(如型面光洁度,料道截面厚度,型腔形状,排气系统)等因素都直接影响到熔融料在型腔内的实际流动性,凡促使熔融料降低温度,增加流动性阻力的则流动性就降低。模具设计时应根据所用塑料的流动性,选用合理的结构。成型时则也可控制料温,模温及注塑压力、注塑速度等因素来适当地调节填充情况以满足成型需要。


3、结晶性


热塑性塑料按其冷凝时无出现结晶现象可划分为结晶型塑料与非结晶型(又称无定形)塑料两大类。


所谓结晶现象即为塑料由熔融状态到冷凝时,分子由独立移动,完全处于无次序状态,变成分子停止自由运动,按略微固定的位置,并有一个使分子排列成为正规模型的倾向的一种现象。


作为判别这两类塑料的外观标准可视塑料的厚壁塑件的透明性而定,一般结晶性料为不透明或半透明(如POM等),无定形料为透明(如PMMA等)。但也有例外情况,如聚(4)甲基戍烯为结晶型塑料却有高透明性,ABS为无定形料但却并不透明。


在模具设计及选择注塑机时应注意对结晶型塑料有下列要求及注意事项:


①料温上升到成型温度所需的热量多,要用塑化能力大的设备。


②冷却回化时放出热量大,要充分冷却。


③熔融态与固态的比重差大,成型收缩大,易发生缩孔、气孔。


④冷却快,结晶度低,收缩小,透明度高。结晶度与塑件壁厚有关,壁厚则冷却慢,结晶度高,收缩大,物性好。所以结晶性料应按要求必须控制模温。


⑤各向异性显著,内应力大。脱模后未结晶化的分子有继续结晶化倾向,处于能量不平衡状态,易发生变形、翘曲。


⑥结晶化温度范围窄,易发生未熔料末注入模具或堵塞进料口。


4、热敏性塑料及易水解塑料


4.1 热敏性系指某些塑料对热较为敏感,在高温下受热时间较长或进料口截面过小,剪切作用大时,料温增高易发生变色、降解,分解的倾向,具有这种特性的塑料称为热敏性塑料。如硬PVC、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚物,POM,聚三氟氯乙烯等。热敏性塑料在分解时产生单体、气体、固体等副产物,特别是有的分解气体对人体、设备、模具都有刺激、腐蚀作用或毒性。因此,模具设计、选择注塑机及成型时都应注意,应选用螺杆式注塑机,浇注系统截面宜大,模具和料筒应镀铬,不得有*角滞料,必须严格控制成型温度、塑料中加入稳定剂,减弱其热敏性能。


4.2 有的塑料(如PC)即使含有少量水分,但在高温、高压下也会发生分解,这种性能称为易水解性,对此必须预先加热干燥。



5、应力开裂及熔体破裂


5.1 有的塑料对应力敏感,成型时易产生内应力并质脆易裂,塑件在外力作用下或在溶剂作用下即发生开裂现象。为此,除了在原料内加入添加剂提高开抗裂性外,对原料应注意干燥,合理的选择成型条件,以减少内应力和增加抗裂性。并应选择合理的塑件形状,不宜设置嵌件等措施来尽量减少应力集中。模具设计时应增大脱模斜度,选用合理的进料口及顶出机构,成型时应适当的调节料温、模温、注塑压力及冷却时间,尽量避免塑件过于冷脆时脱模,成型后塑件还宜进行后处理提高抗开裂性,消除内应力并禁止与溶剂接触。


5.2 当一定融熔体流动速率的聚合物熔体,在恒温下通过喷嘴孔时其流速超过某值后,熔体表面发生明显横向裂纹称为熔体破裂,有损塑件外观及物性。故在选用熔体流动速率高的聚合物等,应增大喷嘴、浇道、进料口截面,减少注塑速度,提高料温。


6、热性能及冷却速度


6.1 各种塑料有不同比热、热传导率、热变形温度等热性能。比热高的塑化时需要热量大,应选用塑化能力大的注塑机。热变形温度高塑料的冷却时间可短,脱模早,但脱模后要防止冷却变形。热传导率低的塑料冷却速度慢(如离子聚合物等冷却速度极慢),故必须充分冷却,要加强模具冷却效果。热浇道模具适用于比热低,热传导率高的塑料。比热大、热传 导率低,热变形温度低、冷却速度慢的塑料则不利于高速成型,必须选用适当的注塑机及加强模具冷却。


6.2 各种塑料按其种类特性及塑件形状,要求必须保持适当的冷却速度。所以模具必须按成型要求设置加热和冷却系统,以保持一定模温。当料温使模温升高时应予冷却,以防止塑件脱模后变形,缩短成型周期,降低结晶度。当塑料余热不足以使模具保持一定温度时,则模具应设有加热系统,使模具保持在一定温度,以控制冷却速度,保证流动性,改善填充条件或用以控制塑件使其缓慢冷却,防止厚壁塑件内外冷却不匀及提高结晶度等。对流动性好,成型面积大、料温不匀的则按塑件成型情况有时需加热或冷却交替使用或局 部加热与冷却并用。为此模具应设有相应的冷却或加热系统。


7、吸湿性


塑料中因有各种添加剂,使其对水分有不同的亲疏程度,所以塑料大致可分为吸湿、粘附水分及不吸水也不易粘附水分的两种,料中含水量必须控制在允许范围内,不然在高温、高压下水分变成气体或发生水解作用,使树脂起泡、流动性下降、外观及力学性能不良。所以吸湿性塑料必须按要求采用适当的加热方法及规范进行预热,在使用时防止再吸湿。


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