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)(yi)螺桿或一(yi)(yi)柱塞把聚合(he)物經(jing)一(yi)(yi)加熱(re)(re)過的(de)機(ji)筒(120~260°F)以降(jiang)低粘度,隨后注入一(yi)(yi)加熱(re)(re)過的(de)模(mo)具(ju)中(300—450°F)。一(yi)(yi)旦物料充滿(man)模(mo)具(ju),即對其保壓。此時產生化學交聯(lian),使聚合(he)物變硬(ying)。硬(ying)的(de)(即固化的(de))制品趁熱(re)(re)即可自模(mo)具(ju)中頂出,它不能(neng)再成型或再熔融。
注(zhu)塑成型設(she)備有(you)(you)帶一用(yong)以閉(bi)合(he)模(mo)具的液壓驅動(dong)合(he)模(mo)裝(zhuang)置和(he)一能輸送物(wu)料(liao)(liao)(liao)的注(zhu)射裝(zhuang)置。多(duo)數熱固性(xing)塑料(liao)(liao)(liao)都是(shi)在(zai)顆粒態或片(pian)狀下使用(yong)的,可由重力(li)料(liao)(liao)(liao)斗(dou)送入螺桿注(zhu)射裝(zhuang)置。當加工聚酯整體模(mo)塑料(liao)(liao)(liao)(BMC)時,它有(you)(you)如“面包團(tuan)”,采(cai)用(yong)一供料(liao)(liao)(liao)活塞將物(wu)料(liao)(liao)(liao)壓入螺紋槽中。
采(cai)用這(zhe)種工(gong)藝方法的加工(gong)聚合物是(依其(qi)用量大小排列);酚醛塑(su)(su)料、聚酯(zhi)整體模塑(su)(su)料、三聚氰胺、環氧樹脂、脲醛塑(su)(su)料、乙烯基酯(zhi)聚合物和(he)鄰(lin)苯二甲酸二烯丙酯(zhi)(DAP)。
多(duo)數(shu)熱固(gu)性(xing)塑料(liao)都(dou)含有大量的填(tian)充(chong)劑(達 70%重量份),以降低成本或(huo)提高(gao)其(qi)低收縮性(xing)能,增加強(qiang)度或(huo)特殊性(xing)能。常用填(tian)充(chong)劑包括玻璃纖維、礦(kuang)物(wu)纖維、陶土、木纖維和炭黑。這(zhe)些填(tian)充(chong)物(wu)可能十分有磨(mo)損性(xing),并產生高(gao)粘(zhan)度,它們必(bi)須為加工設備所克服。
工(gong)藝過程
熱塑(su)性(xing)塑(su)料(liao)和(he)熱固性(xing)塑(su)料(liao)在加熱時(shi)都將降低粘(zhan)度(du)。然而,熱固性(xing)塑(su)料(liao)的(de)(de)粘(zhan)度(du)卻(que)隨(sui)時(shi)間和(he)溫度(du)而增加,這(zhe)(zhe)是(shi)(shi)因(yin)為(wei)(wei)發生了化學交聯反(fan)應。這(zhe)(zhe)些(xie)作用的(de)(de)綜(zong)合(he)結果是(shi)(shi)粘(zhan)度(du)隨(sui)時(shi)間和(he)溫度(du)而呈U型曲線。在最低粘(zhan)度(du)區域完成(cheng)充填模具的(de)(de)操作這(zhe)(zhe)是(shi)(shi)熱固性(xing)注射模塑(su)的(de)(de)目的(de)(de),因(yin)為(wei)(wei)此時(shi)物料(liao)成(cheng)型為(wei)(wei)模具形狀所需壓力(li)是(shi)(shi)最低的(de)(de)。這(zhe)(zhe)也有助于(yu)對(dui)聚合(he)物中的(de)(de)纖維損害最低。
注射(she)模塑工藝過(guo)程利用一螺桿使(shi)物料(liao)流經加熱過(guo)的(de)機(ji)筒(tong)(tong),機(ji)筒(tong)(tong)則(ze)以(yi)水或油循(xun)環于機(ji)筒(tong)(tong)四周的(de)夾(jia)套中。螺桿可按(an)每種(zhong)材料(liao)的(de)不同類型加以(yi)設計,稍(shao)加壓縮以(yi)脫除(chu)空氣并加熱物料(liao)獲得(de)低粘(zhan)度。大(da)多數熱固(gu)性物料(liao)在此(ci)處的(de)流動都是相當好的(de)。
使物(wu)料(liao)進入(ru)模(mo)具的操作是中止(zhi)螺桿轉(zhuan)動和用液壓(ya)把(ba)螺桿高(gao)速推向前,使被塑(su)化(hua)的低粘度物(wu)料(liao)壓(ya)入(ru)模(mo)具中。這種(zhong)快速流動要求在0.5秒的時(shi)間里填(tian)滿模(mo)腔(qiang),壓(ya)力(li)需達到(dao)193MPa。一旦填(tian)滿膜(mo)腔(qiang)時(shi)物(wu)料(liao)的高(gao)速流動產(chan)生更大的摩(mo)察熱以加速化(hua)學反應。
模腔一旦被填滿(man),注射壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)就將降(jiang)到保(bao)壓(ya)(ya)(ya)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li) 34.5—68.9MPa。這種保(bao)壓(ya)(ya)(ya)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)維(wei)持在物料上(shang)5—10秒,隨(sui)后卸壓(ya)(ya)(ya),然后開始下(xia)一個周期塑化階段。
這種物料(liao)被保持在熱(re)的模具中,直至變硬,然后打開合模裝置(zhi),頂(ding)出(chu)(chu)制(zhi)品(pin)。制(zhi)品(pin)剛頂(ding)出(chu)(chu)時(shi)可以是(shi)輕度(du)未固(gu)化(hua)和有點柔(rou)軟,在取出(chu)(chu)后1分鐘或2分鐘內利用制(zhi)品(pin)內部保留的熱(re)量完成最終固(gu)化(hua)。熱(re)固(gu)性制(zhi)品(pin)的整個生(sheng)產周(zhou)期為10—120秒鐘,這取決(jue)于制(zhi)品(pin)厚度(du)和原材料(liao)的類別。
為改(gai)進制品的質量和(he)重現性采用(yong)了許多不同的和(he)專門的技術。鑒于(yu)有一(yi)些熱固(gu)性聚(ju)合物在加熱時產生氣體,在模(mo)具(ju)被部(bu)分充滿(man)后往(wang)往(wang)有一(yi)個放(fang)氣操(cao)作(zuo)。在這(zhe)一(yi)步驟中(zhong),模(mo)具(ju)微(wei)微(wei)開啟,以便讓(rang)氣體逸出,然后迅即(ji)關閉,把余下物料再注人(ren)。
注壓(ya)(ya)模塑提(ti)供(gong)了(le)較(jiao)高的(de)強度、較(jiao)好的(de)尺寸控制,并改進(jin)了(le)表(biao)面狀態(外(wai)觀),這是因(yin)為采用了(le)帶有伸縮式膜腔與膜芯(xin)的(de)模具而得到(dao)的(de),注射過程中模具可以開啟(qi) 1/8—l/2 in,并隨后(hou)迅(xun)速壓(ya)(ya)緊,似模具關閉那樣(yang)。
由玻璃(li)纖(xian)(xian)維(wei)、填充料(liao)(liao)和聚酯不(bu)飽和樹脂制成的(de)整體模塑料(liao)(liao)可以(yi)在機器上(shang)裝上(shang)另(ling)外(wai)的(de)專門(men)設備來完成注(zhu)射模塑。將一活塞式供(gong)料(liao)(liao)機連接于機筒上(shang),以(yi)強制供(gong)料(liao)(liao),隨后可以(yi)用兩種不(bu)同的(de)方(fang)式進行作業。一種帶有(you)(you)傳統的(de)往(wang)(wang)(wang)復式螺(luo)(luo)桿,螺(luo)(luo)桿將物(wu)料(liao)(liao)推向前方(fang),同時混(hun)煉(lian)和加(jia)熱。這需要螺(luo)(luo)桿末端(duan)有(you)(you)一止過閥。防(fang)止物(wu)料(liao)(liao)返(fan)流回螺(luo)(luo)桿螺(luo)(luo)紋上(shang),因為物(wu)料(liao)(liao)的(de)粘度(du)很低。另(ling)外(wai)一種方(fang)式是利用柱塞或活塞將物(wu)料(liao)(liao)壓入(ru)模具模腔中,柱塞往(wang)(wang)(wang)往(wang)(wang)(wang)用于含玻璃(li)纖(xian)(xian)維(wei)重量(liang)超過 22%的(de)物(wu)料(liao)(liao),因為這對纖(xian)(xian)維(wei)的(de)損害較小,亦可得到(dao)較高(gao)的(de)強度(du)。
最早應用于熱固性(xing)塑(su)料成型的另(ling)一種工(gong)藝方法(fa)是(shi)壓(ya)塑(su)法(fa)(compression moulding)和壓(ya)鑄(zhu)法(fa)(transfer Moulding)與它們相比,注塑(su)法(fa)(Injection Moulding)的優(you)缺點如下(xia):
注塑法比壓塑法優越處是:較快的(de)成型周(zhou)期(2~3倍)過程自動化;制品變化較少;較低的(de)人工費(fei);高的(de)生產能力。
注塑法相對于壓(ya)塑法的缺點(dian)是(shi):較高(gao)的設備和模(mo)具(ju)投資(zi);壓(ya)塑法可(ke)以得到較高(gao)的制(zhi)品強度(du)和較好(hao)的表面光潔(jie)度(du)。
壓(ya)鑄法的優點(dian)一般介于注塑(su)法和壓(ya)塑(su)法之(zhi)間(jian)。
設備
選擇熱(re)固性(xing)塑料(liao)注(zhu)塑用設(she)備的重要(yao)因(yin)素包括:合模裝置能(neng)力(li)和(he)注(zhu)塑能(neng)力(li);控制系統和(he)機筒溫度(du)。
閉合(he)壓力以噸計的合(he)模裝置,其選擇(ze)應根據制(zhi)品和流道的確定投影成型面(mian)積(ji)。所需噸位可由 1.5~5t/in2,這取決于模塑(su)制(zhi)品的復雜程度和所用的原材料(liao)。設備大小(xiao)在30~3 000t間,大多數(shu)常見設備在100~600t之間。鋼板的厚度和機(ji)器的剛性至(zhi)為重要。使注料(liao)時盡可能(neng)少產(chan)生彎曲(qu)變(bian)形,導致溢料(liao)去(qu)除困難。
機器的(de)注射(she)(she)能力(li),需(xu)要根據充填模(mo)具所(suo)需(xu)最大注射(she)(she)壓力(li)和(he)模(mo)腔與流道體(ti)(ti)系內(nei)物料體(ti)(ti)積進行分析。所(suo)需(xu)注射(she)(she)壓力(li)由聚酯整體(ti)(ti)模(mo)塑料所(suo)需(xu)的(de)96.5MPa直到一(yi)些特種酚(fen)醛(quan)塑料所(suo)需(xu)的(de)207MPa。機器的(de)注射(she)(she)能力(li)往(wang)往(wang)是以理論(lun)體(ti)(ti)積量(liang)來(lai)標志(螺桿或(huo)活(huo)塞注射(she)(she)的(de)面積乘以其沖程)。
一般情(qing)況下,設備的(de)能(neng)力(li)按該設備所能(neng)生產的(de)制(zhi)品體積的(de)85%確定(ding)。當設備以(yi)聚(ju)苯乙烯生產能(neng)力(li)來標(biao)志時,在確定(ding)制(zhi)件重量計之生產能(neng)力(li)時必須(xu)考慮(lv)到它和熱固性塑料密度上的(de)差異(yi)。
目前(qian)流(liu)行的(de)控(kong)制系統是計算(suan)機控(kong)制,可(ke)選擇注(zhu)射速度、合模裝(zhuang)置的(de)負(fu)荷。工藝操作的(de)程序、側模芯至移入模具中的(de)運動、頂(ding)出裝(zhuang)置的(de)工作周期以(yi)及(ji)機筒和(he)模具溫度的(de)控(kong)制。一(yi)個特定(ding)模具和(he)特定(ding)原料依次加料的(de)調定(ding)和(he)記錄的(de)方法是極有(you)價值的(de)。因為在工藝過程中有(you)大量的(de)變量。
機筒溫度(du)的控(kong)制是(shi)通過流(liu)經包(bao)覆機筒之夾套的熱(re)水進行的。模具(ju)溫度(du)控(kong)制最普遍的是(shi)利用插入(ru)式加熱(re)器進行,但(dan)也(ye)可以(yi)采用蒸汽或循(xun)環熱(re)油進行。
高(gao)度可控(kong)的(de)模具溫度是獲取均勻制品(pin)最重要(yao)的(de)。
常用(yong)設(she)備的(de)選擇包括:整(zheng)體模塑料(liao)所用(yong)的(de)供料(liao)器、快速更換模具系統、為快速注射用(yong)的(de)液(ye)壓流體儲料(liao)缸、模具滑動用(yong)的(de)連(lian)接于液(ye)壓系統上的(de)側模芯、機械(xie)手式取件系統以及空氣噴氣裝置(去除每成型周期(qi)中產生的(de)溢(yi)料(liao))。
由于聚合物的(de)(de)低粘度(du),它流入分模線上形成一層薄的(de)(de)膜狀(zhuang)物,因此,熱(re)固性塑(su)料成品(pin)常(chang)常(chang)需修整去除飛邊。模塑(su)制(zhi)品(pin)的(de)(de)飛邊去除往(wang)往(wang)是通過將(jiang)制(zhi)品(pin)進行滾光或將(jiang)它們通過一臺設(she)備,在這臺設(she)備中(zhong),高速狀(zhuang)態的(de)(de)塑(su)料粒敲(qiao)掉了脆的(de)(de)飛邊層。
應用
注射模塑法生產出的熱固性材料的主要(yao)市場包括:
汽車工(gong)業:發動(dong)機部件、頭燈反射(she)鏡和(he)制(zhi)動(dong)用制(zhi)品。
電(dian)氣工業:斷路(lu)器、開(kai)關殼體(ti)和線圈(quan)架。
家(jia)用電器(qi):面包烘(hong)箱板、煮咖(ka)啡器(qi)的底座、電動(dong)機(ji)整流子、電動(dong)機(ji)外殼和垃圾處理機(ji)外殼。
其它(ta):電(dian)動(dong)工具殼、燈具外殼、氣體(ti)流量計和餐具。
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