注塑成型熱固性塑料的加工
熱(re)(re)固性塑料注塑利用一(yi)螺(luo)桿或一(yi)柱(zhu)塞把聚合(he)物經一(yi)加(jia)熱(re)(re)過(guo)的(de)機(ji)筒(120~260°F)以降低粘(zhan)度,隨后注入一(yi)加(jia)熱(re)(re)過(guo)的(de)模(mo)具中(zhong)(zhong)(300—450°F)。一(yi)旦物料充滿模(mo)具,即(ji)(ji)對其保壓。此時產生化學交(jiao)聯(lian),使(shi)聚合(he)物變硬。硬的(de)(即(ji)(ji)固化的(de))制品趁熱(re)(re)即(ji)(ji)可自模(mo)具中(zhong)(zhong)頂出,它不(bu)能(neng)再(zai)成型或再(zai)熔融(rong)。
注塑(su)成(cheng)型設(she)備(bei)有(you)(you)帶一用(yong)以閉合模具(ju)的液(ye)壓(ya)驅動合模裝(zhuang)置和一能輸(shu)送物(wu)料(liao)(liao)(liao)的注射裝(zhuang)置。多數熱固性塑(su)料(liao)(liao)(liao)都是在顆粒態或片狀下(xia)使用(yong)的,可由(you)重力料(liao)(liao)(liao)斗(dou)送入螺(luo)桿(gan)注射裝(zhuang)置。當加(jia)工聚酯(zhi)整體模塑(su)料(liao)(liao)(liao)(BMC)時,它有(you)(you)如“面(mian)包(bao)團”,采用(yong)一供料(liao)(liao)(liao)活塞將(jiang)物(wu)料(liao)(liao)(liao)壓(ya)入螺(luo)紋槽中。
采用(yong)這種工(gong)(gong)藝(yi)方法的加工(gong)(gong)聚(ju)合物是(依(yi)其用(yong)量(liang)大小排列(lie));酚(fen)醛塑料(liao)(liao)、聚(ju)酯整體模塑料(liao)(liao)、三聚(ju)氰(qing)胺、環氧樹脂、脲(niao)醛塑料(liao)(liao)、乙烯基(ji)酯聚(ju)合物和(he)鄰苯二(er)甲(jia)酸二(er)烯丙酯(DAP)。
多(duo)數熱固性(xing)(xing)塑料都含有大量的填充(chong)劑(ji)(達 70%重量份),以降低(di)成本或(huo)提(ti)高其低(di)收縮性(xing)(xing)能,增加(jia)強度或(huo)特殊性(xing)(xing)能。常用填充(chong)劑(ji)包括玻(bo)璃(li)纖(xian)維、礦(kuang)物(wu)(wu)纖(xian)維、陶土、木纖(xian)維和炭黑。這些填充(chong)物(wu)(wu)可(ke)能十分(fen)有磨損性(xing)(xing),并產生(sheng)高粘(zhan)度,它(ta)們必(bi)須為(wei)加(jia)工設(she)備所克服(fu)。
工藝過程
熱塑(su)性塑(su)料(liao)(liao)和(he)熱固性塑(su)料(liao)(liao)在加熱時都(dou)將(jiang)降低(di)粘(zhan)度。然而(er),熱固性塑(su)料(liao)(liao)的(de)粘(zhan)度卻隨時間(jian)和(he)溫度而(er)增加,這(zhe)是(shi)(shi)因為發生了(le)化學交聯反應。這(zhe)些作(zuo)用(yong)的(de)綜合(he)結(jie)果是(shi)(shi)粘(zhan)度隨時間(jian)和(he)溫度而(er)呈(cheng)U型曲線。在最低(di)粘(zhan)度區(qu)域完成(cheng)充填模具的(de)操作(zuo)這(zhe)是(shi)(shi)熱固性注射模塑(su)的(de)目的(de),因為此(ci)時物(wu)料(liao)(liao)成(cheng)型為模具形(xing)狀所需(xu)壓力是(shi)(shi)最低(di)的(de)。這(zhe)也有助于對(dui)聚(ju)合(he)物(wu)中的(de)纖(xian)維損害最低(di)。
注射模塑工(gong)藝過程利(li)用一(yi)螺桿使物料(liao)流經加熱過的(de)(de)機筒,機筒則以(yi)水或油循環于機筒四(si)周的(de)(de)夾(jia)套中(zhong)。螺桿可按每種(zhong)材料(liao)的(de)(de)不同類型加以(yi)設計,稍加壓縮以(yi)脫除空氣并加熱物料(liao)獲得低粘度。大多(duo)數(shu)熱固性物料(liao)在此處的(de)(de)流動都是(shi)相當好的(de)(de)。
使(shi)物(wu)料進入模具的(de)操作(zuo)是中(zhong)止螺桿(gan)轉動(dong)和用(yong)液(ye)壓(ya)把螺桿(gan)高(gao)速推向前,使(shi)被塑(su)化的(de)低粘度物(wu)料壓(ya)入模具中(zhong)。這種快速流(liu)動(dong)要求在0.5秒(miao)的(de)時間里填滿(man)模腔(qiang),壓(ya)力需達到193MPa。一旦(dan)填滿(man)膜腔(qiang)時物(wu)料的(de)高(gao)速流(liu)動(dong)產生更(geng)大的(de)摩察熱以加(jia)速化學反應(ying)。
模腔一旦被填滿,注射壓力(li)就將(jiang)降到保(bao)壓壓力(li) 34.5—68.9MPa。這(zhe)種(zhong)保(bao)壓壓力(li)維持(chi)在物料上5—10秒,隨后卸壓,然(ran)后開(kai)始(shi)下一個周期塑化階段。
這種物料被(bei)保持在(zai)熱的(de)模具(ju)中,直至變硬,然(ran)后打開合模裝置,頂(ding)出制品。制品剛頂(ding)出時可以(yi)是輕(qing)度未固(gu)化和有點柔軟,在(zai)取出后1分鐘(zhong)或2分鐘(zhong)內(nei)利用制品內(nei)部保留的(de)熱量完成最(zui)終(zhong)固(gu)化。熱固(gu)性制品的(de)整個生產周期(qi)為(wei)10—120秒鐘(zhong),這取決于制品厚度和原材料的(de)類別。
為改進制品(pin)的質量和(he)重現性(xing)采(cai)用了許多不同的和(he)專門的技術。鑒于有(you)(you)一些(xie)熱(re)固性(xing)聚合(he)物在(zai)加熱(re)時產生氣體,在(zai)模具(ju)被部分充滿后往往有(you)(you)一個放(fang)氣操作(zuo)。在(zai)這一步驟中,模具(ju)微微開啟(qi),以便讓氣體逸出(chu),然后迅即關閉(bi),把余下(xia)物料再注(zhu)人。
注壓模(mo)塑提供了(le)較高的(de)(de)強(qiang)度、較好的(de)(de)尺寸控制(zhi),并(bing)改進了(le)表面狀(zhuang)態(外觀),這是因為采用了(le)帶有伸縮式膜腔與膜芯的(de)(de)模(mo)具(ju)(ju)(ju)而得(de)到的(de)(de),注射(she)過程中(zhong)模(mo)具(ju)(ju)(ju)可(ke)以開(kai)啟 1/8—l/2 in,并(bing)隨后迅速壓緊,似模(mo)具(ju)(ju)(ju)關(guan)閉那樣。
由玻(bo)璃纖(xian)維、填充料(liao)(liao)和(he)(he)聚酯不飽和(he)(he)樹脂制(zhi)成的(de)(de)(de)(de)整體模塑料(liao)(liao)可以(yi)在機(ji)(ji)器上裝(zhuang)上另(ling)外(wai)的(de)(de)(de)(de)專門設備來完成注射模塑。將一活塞(sai)式供料(liao)(liao)機(ji)(ji)連接于(yu)機(ji)(ji)筒上,以(yi)強(qiang)制(zhi)供料(liao)(liao),隨后可以(yi)用兩種不同的(de)(de)(de)(de)方式進行作業。一種帶有傳統的(de)(de)(de)(de)往(wang)復式螺(luo)桿(gan),螺(luo)桿(gan)將物(wu)料(liao)(liao)推向前方,同時混煉和(he)(he)加熱。這(zhe)需要(yao)螺(luo)桿(gan)末端(duan)有一止過閥。防止物(wu)料(liao)(liao)返流回螺(luo)桿(gan)螺(luo)紋上,因為物(wu)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)粘(zhan)度很低。另(ling)外(wai)一種方式是利用柱(zhu)塞(sai)或活塞(sai)將物(wu)料(liao)(liao)壓入模具模腔中,柱(zhu)塞(sai)往(wang)往(wang)用于(yu)含(han)玻(bo)璃纖(xian)維重量超過 22%的(de)(de)(de)(de)物(wu)料(liao)(liao),因為這(zhe)對纖(xian)維的(de)(de)(de)(de)損害較小,亦可得到(dao)較高的(de)(de)(de)(de)強(qiang)度。
最早應(ying)用于熱固性(xing)塑(su)料成(cheng)型(xing)的另一種(zhong)工藝方法是壓塑(su)法(compression moulding)和(he)壓鑄法(transfer Moulding)與它們相比,注塑(su)法(Injection Moulding)的優缺(que)點如下:
注塑法比壓塑法優越處(chu)是:較(jiao)快的(de)成型(xing)周期(2~3倍(bei))過程自(zi)動化(hua);制品(pin)變化(hua)較(jiao)少(shao);較(jiao)低的(de)人工費;高的(de)生產能力。
注塑(su)(su)法相對于壓(ya)(ya)塑(su)(su)法的(de)缺點是:較高的(de)設備(bei)和模(mo)具投資;壓(ya)(ya)塑(su)(su)法可以得到較高的(de)制品強度和較好(hao)的(de)表面光(guang)潔度。
壓(ya)(ya)鑄法(fa)的優(you)點一般介于注塑法(fa)和(he)壓(ya)(ya)塑法(fa)之(zhi)間。
設備
選擇(ze)熱固性塑料注(zhu)塑用設備的重要因素(su)包括(kuo):合模裝置(zhi)能(neng)力和注(zhu)塑能(neng)力;控制系(xi)統(tong)和機筒溫度(du)。
閉(bi)合壓(ya)力以噸計(ji)的(de)(de)合模(mo)裝置,其選擇應根據制(zhi)(zhi)品(pin)和(he)流(liu)道的(de)(de)確(que)定投(tou)影成型面積。所(suo)需噸位可由 1.5~5t/in2,這(zhe)取決于模(mo)塑制(zhi)(zhi)品(pin)的(de)(de)復雜程度(du)和(he)所(suo)用的(de)(de)原材料。設備(bei)大小在30~3 000t間,大多(duo)數(shu)常見設備(bei)在100~600t之間。鋼板的(de)(de)厚度(du)和(he)機器的(de)(de)剛性(xing)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(de)(de)注(zhu)射(she)(she)能(neng)(neng)力,需(xu)(xu)要(yao)根(gen)據充(chong)填(tian)模(mo)具所(suo)需(xu)(xu)最大注(zhu)射(she)(she)壓(ya)力和模(mo)腔(qiang)與流道體(ti)(ti)系內物料體(ti)(ti)積進行分析(xi)。所(suo)需(xu)(xu)注(zhu)射(she)(she)壓(ya)力由聚酯整體(ti)(ti)模(mo)塑料所(suo)需(xu)(xu)的(de)(de)96.5MPa直到一(yi)些特種酚醛塑料所(suo)需(xu)(xu)的(de)(de)207MPa。機器的(de)(de)注(zhu)射(she)(she)能(neng)(neng)力往(wang)往(wang)是以(yi)理(li)論體(ti)(ti)積量來(lai)標志(zhi)(螺桿(gan)或(huo)活塞注(zhu)射(she)(she)的(de)(de)面積乘以(yi)其沖程)。
一般情(qing)況下,設(she)備(bei)的(de)能(neng)力按該(gai)設(she)備(bei)所能(neng)生(sheng)產(chan)的(de)制品(pin)體積的(de)85%確(que)定。當設(she)備(bei)以聚苯(ben)乙烯生(sheng)產(chan)能(neng)力來(lai)標志時(shi),在(zai)確(que)定制件重量計之生(sheng)產(chan)能(neng)力時(shi)必須考慮(lv)到它和(he)熱固性塑料(liao)密(mi)度上的(de)差異。
目前流(liu)行(xing)的(de)控制(zhi)系統是(shi)計算機(ji)控制(zhi),可選擇注射(she)速度(du)、合模裝置的(de)負荷。工藝操作的(de)程(cheng)序、側模芯至移入模具中的(de)運(yun)動、頂出裝置的(de)工作周(zhou)期(qi)以及(ji)機(ji)筒和模具溫度(du)的(de)控制(zhi)。一個特定模具和特定原(yuan)料(liao)依次(ci)加料(liao)的(de)調定和記錄的(de)方法(fa)是(shi)極有(you)價(jia)值(zhi)的(de)。因(yin)為在工藝過(guo)程(cheng)中有(you)大量的(de)變量。
機筒溫度的控制是(shi)通過流(liu)經包(bao)覆機筒之夾套的熱(re)水進(jin)行(xing)的。模具溫度控制最普遍的是(shi)利用插入式加熱(re)器進(jin)行(xing),但也可以采用蒸汽或循環(huan)熱(re)油進(jin)行(xing)。
高度可控的模具溫度是獲取均勻制品最重要的。
常用(yong)(yong)設備的(de)選擇包括:整體模塑(su)料(liao)所用(yong)(yong)的(de)供料(liao)器、快速更(geng)換模具系(xi)(xi)統(tong)(tong)、為快速注射用(yong)(yong)的(de)液壓流體儲料(liao)缸、模具滑動用(yong)(yong)的(de)連(lian)接于液壓系(xi)(xi)統(tong)(tong)上的(de)側模芯、機械手式取件系(xi)(xi)統(tong)(tong)以及空(kong)氣(qi)噴氣(qi)裝置(去除每成型周期中產生的(de)溢料(liao))。
由(you)于(yu)聚合物的(de)低粘度,它流入(ru)分模線上形成一層(ceng)薄(bo)的(de)膜狀(zhuang)物,因(yin)此,熱固(gu)性塑(su)料(liao)成品(pin)常(chang)常(chang)需(xu)修整去(qu)除(chu)飛(fei)邊。模塑(su)制品(pin)的(de)飛(fei)邊去(qu)除(chu)往往是(shi)通過將制品(pin)進行滾光或(huo)將它們通過一臺設備,在這臺設備中,高(gao)速(su)狀(zhuang)態的(de)塑(su)料(liao)粒敲掉了脆的(de)飛(fei)邊層(ceng)。
應用
注射模塑法(fa)生產(chan)出的熱固性(xing)材料的主要市場(chang)包(bao)括(kuo):
汽車工業:發動(dong)機部(bu)件、頭(tou)燈反射鏡(jing)和制(zhi)(zhi)動(dong)用制(zhi)(zhi)品。
電氣工業(ye):斷(duan)路器、開(kai)關(guan)殼體和線圈(quan)架(jia)。
家用電(dian)(dian)器:面包烘箱板、煮(zhu)咖啡(fei)器的底座、電(dian)(dian)動機整(zheng)流子、電(dian)(dian)動機外殼和垃圾處理(li)機外殼。
其它:電動工具殼(ke)、燈(deng)具外(wai)殼(ke)、氣(qi)體流量計和餐(can)具。
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