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淺述冷/熱模注塑件成型技術(shù)

時間:2019-11-25 03:40 閱讀:1273 來源:互聯(lián)網(wǎng)

所謂的冷/熱模注塑件成型技術(shù),是一種可在注塑件成型周期內(nèi),使模腔表面溫度實現(xiàn)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(dá)到加工材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)以上;當(dāng)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/熱模注塑件成型工藝可以大幅度地改善注塑件制品的外觀質(zhì)量,而且可以省去某些二次加工(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(chǎn)成本。在某些情況下,甚至還可以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(yīng)用中,冷/熱模注塑件成型工藝還允許使用玻纖增強材料。該工藝的其他優(yōu)勢還包括:降低注塑件內(nèi)應(yīng)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(chǎn)出薄壁產(chǎn)品等。 通常情況下,冷/熱模注塑件成型工藝適用于所有的傳統(tǒng)注塑件機。但是,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(tǒng),目前常用的輔助系統(tǒng)是高溫?zé)崴到y(tǒng)和高溫蒸汽系統(tǒng)。這些輔助系統(tǒng)中的蒸汽,要么來自外部鍋爐,要么由其自身的控制設(shè)備產(chǎn)生。早在幾年前,沙伯基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料就開始在日本研究冷/熱模注塑件成型技術(shù)。目前,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(tǒng),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SingleTemperiertechnik公司的高溫?zé)崴到y(tǒng),它可以提供200℃的高溫?zé)崴?為了實現(xiàn)有效的工藝控制,模具必須配備熱電偶,并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,注塑件模具、注塑件機和冷/熱控制器還必須集成在一起。沙伯基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料在該工藝的生產(chǎn)體系中配備了一臺控制設(shè)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(nèi)循環(huán)的蒸汽或高溫?zé)崴畞砑訜崮G槐砻妫蛊錅囟冗_(dá)到高于被加工樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度10~30℃的水平。一旦模腔表面達(dá)到這一溫度值,系統(tǒng)便向注塑件機發(fā)出信號,以將塑料注射到模腔中。當(dāng)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,從而使注塑件部件在脫模前完全冷卻。利用一個閥站,即可方便地實現(xiàn)從蒸汽或高溫?zé)崴嚼渌那袚Q,反之亦然。當(dāng)部件冷卻后,模具打開,部件被頂出,然后重復(fù)上述過程?!?工藝優(yōu)化:模具的設(shè)計和構(gòu)造 冷/熱模注塑件成型技術(shù)的循環(huán)周期除了取決于所加工的材料外,模具的設(shè)計和構(gòu)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(yīng)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(jìn)行冷/熱循環(huán)的鋼的用量外,還應(yīng)考慮使用具有高導(dǎo)熱性的金屬,如鈹銅合金或其他具有良好導(dǎo)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。此外,在模腔表面附近布置水路管線也可以加快響應(yīng)速度。然而,多數(shù)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,其管線的布置可以與部件表面形狀保持一致。因此,共形冷卻方法可以極大地縮短最重要位置(即模腔表面)的熱響應(yīng)時間。 就共形冷卻技術(shù)而言,它往往涉及到注塑件模的制造,或者更確切地說是鑲嵌塊的制造。一般,通過優(yōu)化冷卻道的設(shè)置,可以優(yōu)化冷卻效率,縮短生產(chǎn)周期。而傳統(tǒng)的冷卻方法很難做到這一點,因為一般制品的形狀都很復(fù)雜,且常規(guī)的冷卻通道只能被鉆成直線形。 目前,有多種模具制造技術(shù)可實現(xiàn)共形冷卻,如激光燒結(jié)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(chǔ)創(chuàng)新塑料的PPDC選擇了位于美國密歇根州特洛伊市的Fast4mTooling公司作為其模具供應(yīng)商。Fast4mTooling采用鋼板層壓構(gòu)造技術(shù),設(shè)計并制造了帶有共形冷卻通道的模腔和模芯組件。 冷/熱模注塑件成型技術(shù)的優(yōu)點 冷/熱模注塑件成型技術(shù)可以極大地提高注塑件部件的美觀性。該工藝有助于改善半晶態(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(dāng)模具表面溫度超過非晶態(tài)樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時,表層材料即使接觸到模具表面,也不會出現(xiàn)傳統(tǒng)注塑件生產(chǎn)中常見的冷凝現(xiàn)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(nèi)壓力的增大,樹脂被迫流出,這有助于模腔表面的完美復(fù)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(zhì)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/熱模注塑件成型工藝對于改善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%的改善。即使是無填充材料制品,其表面粗糙度也可獲得20%以上的改善。 減少可見的熔接線、射流和流痕 冷/熱模注塑件成型技術(shù)有利于改善熔接線的深度和可視程度。利用一個測試模具,沙伯基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料分別采用冷/熱模注塑件成型技術(shù)和傳統(tǒng)的注塑件工藝分別加工了3種不同的材料。使用傳統(tǒng)注塑件技術(shù)生產(chǎn)的部件,其表面熔接線的深度介于6~13μm之間,而在采用冷/熱模注塑件成型工藝生產(chǎn)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(jìn)意味著對某些產(chǎn)品的涂裝作業(yè)可以省去。 減小內(nèi)應(yīng)力 內(nèi)應(yīng)力通常是導(dǎo)致產(chǎn)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(tǒng)方法注塑件成型的部件具有較高的內(nèi)應(yīng)力,此時如果應(yīng)用四氯化碳(CCl4)這種廣為熟知的應(yīng)力開裂促進(jìn)劑作溶劑進(jìn)行試驗,就會導(dǎo)致部件的開裂。而采用冷/熱模技術(shù)注塑件成型的制件由于具有較低的內(nèi)應(yīng)力,因此即使采用了CCl4溶劑,也不會導(dǎo)致部件的開裂。顯然,采用冷/熱模技術(shù)注塑件成型的部件在使用前可取消退火處理。 冷/熱模注塑件成型技術(shù)的首次應(yīng)用是生產(chǎn)汽車車頂?shù)男欣钪Ъ埽摦a(chǎn)品被用來替代原來的金屬制件。沙伯基礎(chǔ)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(chǎn)該行李支架部件。當(dāng)采用傳統(tǒng)的注塑件成型工藝時,制品表面出現(xiàn)了明顯的噴射痕和熔接線,以至于無法滿足表面質(zhì)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(jìn)行打磨。而采用冷/熱模注塑件成型技術(shù)后,上述各種表面質(zhì)量問題都得以避免,從而滿足了高表面質(zhì)量的要求。 總之,當(dāng)使用PC、PC/ABS和PC/PBT等材料生產(chǎn)電視屏幕邊框、導(dǎo)光板、汽車音響組件和筆記本電腦外殼等產(chǎn)品時,利用冷/熱模注塑件成型工藝,可以最大程度地減少影響制品外觀的質(zhì)量問題。

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