注塑成型(下)

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'注塑成型(下)'
1. 常用塑料的注塑工艺1.1 聚乙烯的注塑成型工艺 聚乙烯是目前世界上产量最大,应用最普遍的一种热塑性 塑料。由于它不仅化学性能稳定,气体渗透性低,吸水性小, 介电性能高,而且还具有无毒,无味,原料易得,价格低廉, 加工容易等优点,被广用于电气、化学、食品、机械制造、 以及农业、医药卫。生、家庭日用等各个方面。 防水塑料管防爆软管1.1.1 聚乙烯加工的工艺特性 聚乙烯有如下工艺特性。 (1)聚乙烯熔休属于非牛顿型流体,它的剪切速率与剪切 应力之间呈非线性关系,并且具有假塑性材料的特性,当 所施应力释去时有一定程度的弹性回复。 (2)和其它结晶型聚合物相似,聚乙烯也有较为明显的熔 点,软化温度范围窄小(约3—5℃),结晶度随温度的上升而 下降。 (3)纯聚乙烯的热氧化性能较差,在不和氧接触的情况下分解温度可达300℃以上,而一旦和氧接触,温度超过50 ℃就有被氧化的倾向,氧化后的聚乙烯不仅色泽变黄,而且其物理机械性能和电气性能等均有下降的趋势,因此,在聚乙烯树脂出厂之前通常都添加了适量的抗氧化剂。(4)在注塑对,熔融状态下的树脂要承受很高的剪切应力,此时分子量分布对熔休的流动性有着较大的影响,由于分子量分布较宽的流动性较好,因而在聚乙烯中有时也加入了适量的低分子量的聚乙烯树脂以加宽分子虽分布,达到改善流动性之目的,但这样做会影响其机械物理性能,造成拉伸强度、耐应力开裂、柔软性以及耐热性等有所下降。 (5)以下两图分别为料简温度与聚乙烯熔体流动长度的关系和注射压力与聚乙烯熔体流动长度的关系。从中可以看出,注射压力的变化对聚乙烯熔体流动性的影响要比料筒温度明显,这在成型中是十分重要的。但需注意,在高剪切速率下易使聚乙烯熔体出现破裂现象,实验证明,当剪切力达4.31x10 5 Pa,剪切速率超过238.0 s -1 时,就会使制品表面出现毛糙、斑纹等熔体破裂现象。因此,聚乙烯熔体存在着临界的剪切速率和应力问题,在成型过程中须控制在临界值以下。 取向作用和分子纠缠作用的比较 F 柔性链在应力作用下,链段容易取向。 F F 极强刚性分子链在应用作用下,不容易取向,只有在应力足够大时,导致整个分子链取向,此时,聚合物熔体的流动行为不稳定,因此不宜利用提高剪切作用的方法来降低刚性高分子的熔体粘度。PE料筒温度与螺旋线机动长度的关系 注射压力与螺旋线流 动长度的关系 (6)聚乙烯的吸水性较低(<0.01%),可以不进行干燥处理。 (7)收缩率大且方向性明显,必须注意模具的设计和成型工艺的合理性。 (8)为防止颜料出现迁移性,对色料的选择时应主要,油溶红等一般不宜采用。 (9) 对加工设备没有特殊 的要求,一般设备都可以使用。1.1.2 成型工艺 (1)注射温度 虽然聚乙烯的熔点不高,料筒温度对熔体流动 性的影响不如注射压力,但在成型过程中,由于结晶晶核的 熔融需吸收大量的热量,故料筒温度的选择应高于聚乙烯的 熔点(通常耍高出数十度),这样对改善熔体流动性也是有利 的。当然,在提高温度时,还须注意防止熔体的氧化变色, 以及对制品的性能、成型收缩率等的影响和溢边的可能性。 图5—3、5—4分别为料简温度与制品的拉伸强度关系,以及 对成型收缩率的影响。图5—5为温度与相对伸长率的关系。 从中可以看出,不同的料筒温度对聚乙烯性能的影响将有所 不同,因此在温度的选择上,应根据制品的要求和成型情况 而选择合适的料筒温度。 料筒温度与拉伸强度的关系 料筒温度与收缩率的关系 在一般情况下,聚乙烯 料筒温度所选择的范围是根 据其密度情况而定,低密度 聚乙烯在160一220℃之间, 高密度聚乙烯在I80—240℃之 间。温度在料筒上的分布情 况则要求加料段宜低些,以 免出现物料粘附于螺杆上, 进而造成加料不畅。料筒温度与伸长率的关系(2)注射压力与注射速度 注射压力的选择是根据制品的壁厚情况、熔体的流动性,以及模具情况综合考虑的。出于聚乙烯在熔融状态下的流动性能较好,因此选取较低压力下进行成型是可以满足大多数制品的要求,除了厚壁、长流程、窄浇口的制品和模具要求注射压力较大外(120MPa左右),对于易流动的厚壁制品,其注射压力可在60一80MPa间选取,一般制品的注射压力均在100MPa以下。图5—6、5—7分别为注射压力对成型收缩率的影响和保压压力对成型收缩率的影响。可以看出,无论是注射压力的增加还是保压压力的增加,对制品收缩率的降低是有利的,但压力过大有可能导致制品内应力的增加,这是压力选择时需加注意的问题。 从生产效率而言,人们总是希望熔体能快速充满模腔,制品得以及时脱模,以便缩短整个成型周期,但由于聚乙烯熔体在高速运动过程中,存在着熔体破裂的倾向,因此在成型过程个,不宜选用高速注射,而应选用中速或慢速注射。对于流动性较好的聚乙烯熔体,在一定的注射压力作用下,选用中等注射速度足能满足大部分制品的成型要求。 (3)模具温度 模具温度的高低对聚乙烯制品有较大的影响,即模具温度高,熔体冷却速度慢,制品的结晶度便高,硬度、刚性均有所提高,但随着模具温度的提高对制品的收缩率显然是下利的,这从图5—8中可以看出。而模具温度低,熔体的冷却速度快,所得制品的结晶度低,透吹性增加,呈现柔韧性,但内应力也随着增加,收缩的各向异性明显增加,易出现翘曲、扭曲等问题。 模具温度选择的范围应根据密度的不同而有所不同,通常低密度聚乙烯的模具温度为35一55℃,高密度聚乙烯为60一70℃。选取时,还应注意制品的形状与温度选择间的关系,如箱形、柜形制品常以模腔温度高于模芯温度的办法来解决其侧壁易变形的问题。 (4)成型周期 在聚乙烯注塑过程中,除了注意要有适当的注射时间和冷却时间外,还应注意要有足够的保压时间,以弥补因熔体收缩时所产生的缺料问题,否则在制品中易出现气泡、凹痕等缺陷。 保压时间的长短应根据流道、浇口的大小,制品的壁厚而定,一般在10一30秒之间选取。1.2 聚丙烯的注塑成型加工 1.工艺特点 (1)聚丙烯为结品性聚合物,其结晶度达50一70%,具有较为明显的熔点,熔点温度为164—170℃。 (2)热稳定性较好,分解温度可达300℃以上,与氧接触的情况下,树脂在260℃左右开始变黄。 (3)聚丙烯的熔融流动性要比聚乙烯好,图5—9、5-10分别显示了料简温度与流动长度的关系和注射 聚乙烯、 聚丙烯压力与流动长度的关系。从中可以看出,熔体粘度 结构的随着注射温度和压力的上升而下降的程度比高密度 特点。聚乙烯来得明显,其中压力对熔体粘度的影响要比温度显著些。 (5)聚丙烯的成型适应性比较强,一般注塑机均可使用,但由于其密度较低(0.91),有一个设备容量问题需加注意,通常要求制品重量不超过设备容量的50一60%,以免造成制品不足等问题。 ‘ (6)对聚丙烯来说,着色剂不仅可以增加制品的美观,而且对制品的性能也有一定的作用,如碳黑可以改善其磁光性。但是如果选用不当则合适得其反,有害于制品,如酞箐系颜料对聚丙际的老化,初期有一定的抑制作用,但随时间的延长反而促进了制品的老化,因此在使用时需慎重考虑。 (7)聚丙烯的折叠性能十分突出,因此往往被人们利用制作各种绞链(又称合页)制品。由于折叠性能在很大程度上取决于模具结构的合理性,故密注意模具设计的好坏。4.成型工艺(1)注射温度在选择聚丙烯料筒温度时,应首先考虑:(a)聚丙烯的结晶熔点温度为164—170℃;(b)聚丙烯的分解温度在300℃以上;(c)温度对聚丙烯的熔体粘度有一定的影响,即熔体粘度随温度的上升而有所下降 。 根据上述三点情况,结合结晶型高实物中的晶核在受热熔融过程中有吸取大量热量的行为,以及聚丙烯树脂长期处于高温下易氧化变色,从而影响到制品的外观质量等情况,对聚丙烯的料筒温度通常在200一270℃之间进行选择。 注射温度高,有助于改善聚丙烯制品的表观光洁度,提高尺寸的稳定性,并对冲击强度、相对伸长率等项性能指标有利,特别是壁厚为1—2mm的制品更是如此。下图为注射温度与相对伸长率的关系。 在选挥温度时还应注意熔体指数给选择所带来的影响,通常是数值越高,所选择的温度就越低,反之则越高。下表为聚丙烯熔体指数与成型温度所选择的范围。 聚丙烯熔体指数与温度选择范图 (2)注射压力 因剪切速率对聚丙烯熔体粘度的影响比较 大,即在成型过程中随着注射压力的增加,熔体粘度明 显下降,流动性显著增加,这在前面已有叙述。那么注 射压力的提高对制品性就有何影响呢? 图5-14注射压力与冲击强度的关系、5—15注射压力与拉伸强度的关系、图5—16注射压力与相对伸长率的关系、图5—17注射压力与成型收缩率的关系分别告诉我们,注射压力的提高对制品的冲击韧性、拉仲强度无不利影响,而且有利于相对伸长率,特别是对成型收缩率有较大的改善,因此,成型过程中,对聚丙烯往往选用较高的注射压力,以防止物料在浇模时的冷却效应给流动性所带来的不利影响。当然,较高的注射压力易造成制品溢边,这一点在选择压力应予以重视。 (3)成型周期 在成型周期中,保压时间的长短对聚丙烯制品的成型收缩率有着一定的影响作用。图5—18所示为保压时间与制品收缩率的关系。可以看出保压时间长,成型收缩牢低。 与其它塑料不同,聚丙烯能够在较高温皮下脱模而制品很少发受变形,这可以减少因温度的增加对冷却时间历产生的影响。由于聚丙烯制品大都是在较低模温下成型的,从生产效益来讲,通常周期很短。注射时间与成型收缩率的关系 (4)模具温度
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