熱固性塑料-注塑成型加工

2020年05月19日

                                   熱固性塑料的注塑成型加工

   熱固性塑料注塑利用一螺桿或一柱塞把聚合物經一加熱過的機筒(120~260°F)以降低粘度,隨后注入一加熱過的模具中(300~450°F)。一旦物料充滿模具,即對其保壓。此時產生化學交聯,使聚合物變硬。硬的(即固化的)制品趁熱即可自模具中頂出,它不能再成型或再熔融。 注塑成型設備有帶一用以閉合模具的液壓驅動合模裝置和一能輸送物料的注射裝置。多數熱固性塑料都是在顆粒態或片狀下使用的,可由重力料斗送入螺桿注射裝置。 當加工聚酯整體模塑料(BMC)時,它有如“面包團”,采用一供料活塞將物料壓入螺紋槽中。

  采用這種工藝方法的加工聚合物是(依其用量大小排列);酚醛塑料、聚酯整體模塑料、三聚氰胺、環氧樹脂、脲醛塑料、乙烯基酯聚合物和鄰苯二甲酸二烯丙酯(DAP)。 多數熱固性塑料都含有大量的填充劑(達 70%重量份),以降低成本或提高其低收縮性能,增加強度或特殊性能。常用填充劑包括玻璃纖維、礦物纖維、陶土、木纖維和炭黑。

  這些填充物可能十分有磨損性,并產生高粘度,它們必須為加工設備所克服。

一、工藝過程 熱塑性塑料和熱固性塑料在加熱時都將降低粘度。然而,熱固性塑料的粘度卻隨時間和溫度而增加,這是因為發生了化學交聯反應。這些作用的綜合結果是粘度隨時間和溫度而呈U型曲線。在最低粘度區域完成充填模具的操作這是熱固性注射模塑的目的,因為此時物料成型為模具形狀所需壓力是最低的。這也有助于對聚合物中的纖維損害最低。

  注射模塑工藝過程利用一螺桿使物料流經加熱過的機筒,機筒則以水或油循環于機筒四周的夾套中。螺桿可按每種材料的不同類型加以設計,稍加壓縮以脫除空氣并加熱物料獲得低粘度。大多數熱固性物料在此處的流動都是相當好的。 使物料進入模具的操作是中止螺桿轉動和用液壓把螺桿高速推向前,使被塑化的低粘度物料壓入模具中。這種快速流動要求在0.5秒的時間里填滿模腔,壓力需達到193MPa。

  一旦填滿膜腔時物料的高速流動產生更大的摩察熱以加速化學反應。模腔一旦被填滿,注射壓力就將降到保壓壓力 34.5—68.9MPa。這種保壓壓力維持在物料上5—10秒,隨后卸壓,然后開始下一個周期塑化階段。

  這種物料被保持在熱的模具中,直至變硬,然后打開合模裝置,頂出制品。制品剛頂出時可以是輕度未固化和有點柔軟,在取出后1分鐘或2分鐘內利用制品內部保留的熱量完成最終固化。熱固性制品的整個生產周期為10—120秒鐘,這取決于制品厚度和原材料的類別。

  為改進制品的質量和重現性采用了許多不同的和專門的技術。鑒于有一些熱固性聚合物在加熱時產生氣體,在模具被部分充滿后往往有一個放氣操作。

  在這一步驟中,模具微微開啟,以便讓氣體逸出,然后迅即關閉,把余下物料再注人。 注壓模塑提供了較高的強度、較好的尺寸控制,并改進了表面狀態(外觀),這是因為采用了帶有伸縮式膜腔與膜芯的模具而得到的,注射過程中模具可以開啟 1/8—l/2 in,并隨后迅速壓緊,似模具關閉那樣。

  由玻璃纖維、填充料和聚酯不飽和樹脂制成的整體模塑料可以在機器上裝上另外的專門設備來完成注射模塑。將一活塞式供料機連接于機筒上,以強制供料,隨后可以用兩種不同的方式進行作業。一種帶有傳統的往復式螺桿,螺桿將物料推向前方,同時混煉和加熱。這需要螺桿末端有一止過閥。防止物料返流回螺桿螺紋上,因為物料的粘度很低。

  另外一種方式是利用柱塞或活塞將物料壓入模具模腔中,柱塞往往用于含玻璃纖維重量超過 22%的物料,因為這對纖維的損害較小,亦可得到較高的強度。 最早應用于熱固性塑料成型的另一種工藝方法是壓塑法(compression moulding)和壓鑄法(transfer Moulding)與它們相比,注塑法(Injection Moulding)的優缺點如下: 注塑法比壓塑法優越處是: 較快的成型周期(2~3倍)過程自動化;制品變化較少;較低的人工費;高的生產能力。

  注塑法相對于壓塑法的缺點是:較高的設備和模具投資;壓塑法可以得到較高的制品強度和較好的表面光潔度。  壓鑄法的優點一般介于注塑法和壓塑法之間。 

二、設備 選擇熱固性塑料注塑用設備的重要因素包括:

1. 合模裝置能力和注塑能力;

2. 控制系統和機筒溫度。 閉合壓力以噸計的合模裝置,其選擇應根據制品和流道的確定投影成型面積。所需噸位可由 1.5~5t/in2,這取決于模塑制品的復雜程度和所用的原材料。設備大小在30~3000t間,大多數常見設備在100~600t之間。

  鋼板的厚度和機器的剛性至為重要。使注料時盡可能少產生彎曲變形,導致溢料去除困難。 機器的注射能力,需要根據充填模具所需最大注射壓力和模腔與流道體系內物料體積進行分析。所需注射壓力由聚酯整體模塑料所需的96.5MPa直到一些特種酚醛塑料所需的207MPa。 機器的注射能力往往是以理論體積量來標志(螺桿或活塞注射的面積乘以其沖程)。

  一般情況下,設備的能力按該設備所能生產的制品體積的85%確定。當設備以聚苯乙烯生產能力來標志時,在確定制件重量計之生產能力時必須考慮到它和熱固性塑料密度上的差異。

  目前流行的控制系統是計算機控制,可選擇注射速度、合模裝置的負荷。工藝操作的程序、側模芯至移入模具中的運動、頂出裝置的工作周期以及機筒和模具溫度的控制。一個特定模具和特定原料依次加料的調定和記錄的方法是極有價值的。因為在工藝過程中有大量的變量。

  機筒溫度的控制是通過流經包覆機筒之夾套的熱水進行的。模具溫度控制最普遍的是利用插入式加熱器進行,但也可以采用蒸汽或循環熱油進行。

  高度可控的模具溫度是獲取均勻制品最重要的。

  常用設備的選擇包括:整體模塑料所用的供料器、快速更換模具系統、為快速注射用的液壓流體儲料缸、模具滑動用的連接于液壓系統上的側模芯、機械手式取件系統以及空氣噴氣裝置(去除每成型周期中產生的溢料)。

  由于聚合物的低粘度,它流入分模線上形成一層薄的膜狀物,因此,熱固性塑料成品常常需修整去除飛邊。模塑制品的飛邊去除往往是通過將制品進行滾光或將它們通過一臺設備,在這臺設備中,高速狀態的塑料粒敲掉了脆的飛邊層。

三、應用 注射模塑法生產出的熱固性材料的主要市場包括:

1.汽車工業:發動機部件、頭燈反射鏡和制動用制品。

2.電氣工業:斷路器、開關殼體和線圈架。

3.家用電器:面包烘箱板、煮咖啡器的底座、電動機整流子、電動機外殼和垃圾處理機外殼。 4.其它:電動工具殼、燈具外殼、氣體流量計和餐具。

來源:上海東泰機電設備工程有限公司
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