热固性塑料的注塑成型加工
热固性塑料注塑利用一螺杆或一柱塞把聚合物经一加热过的机筒(120~260F)以下降粘度,随后注进一加热过的模具中(300—450F)。一旦物料布满模具,即对其保压。此时产生化学交联,使聚合物变硬。硬的(即固化的)制品趁热即可自模具中顶出,它不能再成型或再熔融。
注塑成型设备有带一用以闭合模具的液压驱动合模装置和一能输送物料的注射装置。多数热固性塑料都是在颗粒态或片状下应用的,可由重力料斗送进螺杆注射装置。当加工聚酯整体模塑料(BMC)时,它有如“面包团”,采用一供料活塞将物料压进螺纹槽中。
采用这种工艺方法的加工聚合物是(依其用量大小排列);酚醛塑料、聚酯整体模塑料、三聚氰胺、环氧树脂、脲醛塑料、乙烯基酯聚合物和邻苯二甲酸二烯丙酯(DAP)。
多数热固性塑料都含有大批的填充剂(达 70%重量份),以下降本钱或提高其低压缩性能,增加强度或特别性能。常用填充剂包含玻璃纤维、矿物纤维、陶土、木纤维和炭黑。这些填充物可能十分有磨损性,并产生高粘度,它们必需为加工设备所克服。
工艺过程
热塑性塑料和热固性塑料在加热时都将下降粘度。然而,热固性塑料的粘度却随时间和温度而增加,这是由于产生了化学交联反应。这些作用的综合成果是粘度随时间和温度而呈U型曲线。在最低粘度区域完成充填模具的把持这是热固性注射模塑的目标,由于此时物料成型为模具外形所需压力是最低的。这也有助于对聚合物中的纤维侵害最低。
注射模塑工艺过程利用一螺杆使物料流经加热过的机筒,机筒则以水或油循环于机筒四周的夹套中。螺杆可按每种材料的不同类型加以设计,稍加压缩以脱除空气并加热物料获得低粘度。大多数热固性物料在此处的运动都是相当好的。
使物料进进模具的把持是中断螺杆转动和用液压把螺杆高速推向前,使被塑化的低粘度物料压进模具中。这种快速运动请求在0.5秒的时间里填满模腔,压力需达到193MPa。一旦填满膜腔时物料的高速运动产生更大的摩察热以加速化学反应。模腔一旦被填满,注射压力就将降到保压压力 34.5—68.9MPa。这种保压压力保持在物料上5—10秒,随后卸压,然后开端下一个周期塑化阶段。
这种物料被保持在热的模具中,直至变硬,然后打开合模装置,顶出制品。制品刚顶出时可以是轻度未固化和有点柔软,在取出后1分钟或2分钟内利用制品内部保留的热量完成终极固化。热固性制品的全部生产周期为10—120秒钟,这取决于制品厚度和原材料的种别。
为改良制品的质量和重现性采用了很多不同的和专门的技巧。鉴于有一些热固性聚合物在加热时产赌气体,在模具被部散布满后往往有一个放气把持。在这一步骤中,模具微微开启,以便让气体逸出,然后迅即封闭,把余下物料再注人。
注压模塑供给了较高的强度、较好的尺寸把持,并改良了表面状态(外观),这是由于采用了带有伸缩式膜腔与膜芯的模具而得到的,注射过程中模具可以开启 1/8—l/2 in,并随后敏捷压紧,似模具封闭那样。
由玻璃纤维、填充料和聚酯不饱和树脂制成的整体模塑料可以在机器上装上另外的专门设备来完成注射模塑。将一活塞式供料机连接于机筒上,以强迫供料,随后可以用两种不同的方法进行作业。一种带有传统的往复式螺杆,螺杆将物料推向前方,同时混炼和加热。这需要螺杆末端有一止过阀。防止物料返流回螺杆螺纹上,由于物料的粘度很低。另外一种方法是利用柱塞或活塞将物料压进模具模腔中,柱塞往往用于含玻璃纤维重量超过 22%的物料,由于这对纤维的侵害较小,亦可得到较高的强度。
最早利用于热固性塑料成型的另一种工艺方法是压塑法(compression moulding)和压铸法(transfer Moulding)与它们相比,注塑法(Injection Moulding)的优毛病如下:
注塑法比压塑法优胜处是:较快的成型周期(2~3倍)过程主动化;制品变更较少;较低的人工费;高的生产才能。
注塑法相对于压塑法的毛病是:较高的设备和模具投资;压塑法可以得到较高的制品强度和较好的表面光洁度。
压铸法的长处一般介于注塑法和压塑法之间。
设备
选择热固性塑料注塑用设备的重要因素包含:合模装置才能和注塑才能;把持系统和机筒温度。
闭合压力以吨计的合模装置,其选择应根据制品和流道的断定投影成型面积。所需吨位可由 1.5~5t/in2,这取决于模塑制品的复杂程度和所用的原材料。设备大小在30~3 000t间,大多数常见设备在100~600t之间。钢板的厚度和机器的刚性至为重要。使注料时尽可能少产生曲折变形,导致溢料往除艰苦。
机器的注射才能,需要根据充填模具所需最大注射压力和模腔与流道系统内物料体积进行分析。所需注射压力由聚酯整体模塑料所需的96.5MPa直到一些特种酚醛塑料所需的207MPa。机器的注射才能往往是以理论体积量来标记(螺杆或活塞注射的面积乘以其冲程)。
一般情况下,设备的才能按该设备所能生产的制品体积的85%断定。当设备以聚苯乙烯生产才能来标记时,在断定制件重量计之生产才能时必需考虑到它和热固性塑料密度上的差别。
目前风行的把持系统是盘算机把持,可选择注射速度、合模装置的负荷。工艺把持的程序、侧模芯至移进模具中的运动、顶出装置的工作周期以及机筒和模具温度的把持。一个特定模具和特定原料依次加料的调定和记录的方法是极有价值的。由于在工艺过程中有大批的变量。
机筒温度的把持是通过流经包覆机筒之夹套的热水进行的。模具温度把持最广泛的是利用插进式加热器进行,但也可以采用蒸汽或循环热油进行。
高度可控的模具温度是获取均匀制品最重要的。
常用设备的选择包含:整体模塑料所用的供料器、快速调换模具系统、为快速注射用的液压流体储料缸、模具滑动用的连接于液压系统上的侧模芯、机械手式取件系统以及空气喷气装置(往除每成型周期中产生的溢料)。
由于聚合物的低粘度,它流进分模线上形成一层薄的膜状物,因此,热固性塑料成品经常需修整往除飞边。模塑制品的飞边往除往往是通过将制品进行滚光或将它们通过一台设备,在这台设备中,高速状态的塑料粒敲掉了脆的飞边层。
利用
注射模塑法生产出的热固性材料的重要市场包含:
汽车产业:发动机部件、头灯反射镜和制动用制品。
电气产业:断路器、开关壳体和线圈架。
家用电器:面包烘箱板、煮咖啡器的底座、电动机整流子、电动机外壳和垃圾处理机外壳。
其它:电动工具壳、灯具外壳、气体流量计和餐具。
美国酚醛塑料注射模塑生产在过往的五年里取得了重大进展,约 55%的模塑酚醛塑料制品是采用注射模塑法生产出来的。聚酯整体模塑料采用注射模塑法者约占其利用之 35%。
为了获取高质量均匀制品,目前需要增加设备把持和机器把持的准确性。机器价格按合模装置才能每吨计为500—1000美元,这取决于大小和附属设备。例如,一台注射才能 30 in3的 200 t合模装置售价约 190 000美元。
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