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      注塑成型工藝

      塑膠的注塑成型工藝過程主要包括填充、保壓、冷卻、脫模四個階段,這四個階段直接決定著制品的成型質量,而且這四個階段是一個完整的連續過程。

      一、填充階段

      填充是整個注塑循環過程中的第一步,時間從模具閉合開始注塑算起,到模具型腔填充到大約95%為止。理論上,填充時間越短成型效率越高,但是實際中,成型時間或者注塑速度要受到很多條件的制約。填充時間越短成型效率越高,但是實際中,成型時間或者注塑速度要受到很多條件的制約。

      高速填充時剪切率較高,塑料由于剪切變稀的作用而存在粘度下降的情形,使整體流動阻力降低;局部的粘滯加熱影響也會使固化增厚度變薄。因此在流動控制階段,填充行為往往取決于待填充的體積大小。即在流動控制階段,由于高速填充,熔體的剪切變稀效果往往很大,而薄壁的冷卻作用并不明顯,于是速率的效用占了上風。

      低速填充,熱傳導控制低速填充時,剪切率較低,局部粘度較高,流動阻力較大。由于熱塑料補充速率較慢,流動較為緩慢,使熱傳導效應較為明顯,熱量迅速為冷膜壁帶走。加上較少量的粘滯加熱現象,固化層厚度較厚,又進一步增加壁部較薄處的流動阻力。

      由于噴泉流動的原因,在流動波前面的塑料高分子鏈排向幾乎平行流動波前。因此兩股塑料熔膠在交匯時,接觸面的高分子鏈互相平行;加上兩股熔膠性質各異(在膜腔中滯留時間不同,溫度、壓力也不同),造成熔膠交匯區域在微觀上結構強度極差。在光線下將零件擺放適當的角度用肉眼觀察,可以發現有明顯的結合線產生,這就是熔接痕的形成機理。熔接痕不僅影響塑件外觀,同時由于微觀結構的松散,易造成應力集中,從而使得部分的強度降低而發生斷裂。

      一般而言,在高溫區產生熔接的熔接痕強度極佳,因此高溫情形下,高分子鏈活動性較佳,可以互相穿透纏繞,此外高溫度區域兩股熔體的溫度較為接近,熔體的熱性質幾乎相同,增加了熔接區域的強度,反之在低溫區域,熔接強度較差。

      二、保壓階段

      保壓階段的作用是持續施加壓力,壓實熔體,增加塑料密度,以補償塑料的收縮行為。在保壓過程中,由于模腔中已經填滿塑料,背壓較高。

      在保壓壓實過程中,注塑機螺桿僅能慢慢地向前做微小移動,塑料的流動速度也較為緩慢,這時的流動稱作保壓流動。由于在保壓階段,塑料受模壁冷卻固化加快,熔體粘度增加也很快,因此模具型腔內的阻力很大。

      在保壓的后期,材料密度持續增大,塑料也逐漸成型,保壓階段要一直持續到澆口固化封口為止,此時保壓階段的模腔壓力達到最高值。

      在保壓階段,由于壓力相當高,塑料呈現部分可壓縮特性。在壓力較高的區域,塑料較為密實,密度較高;在壓力較低區域,塑料較為疏松,密度較低,因此造成密度分布隨為止及時間發生變化。保壓過程中塑料流速較低,流動不再起主導作用;壓力為影響保壓過程的主要因素。保壓過程中塑料已經充滿模腔,此時逐漸固化的熔體作為傳遞壓力的介質。模腔中的壓力借助塑料傳遞至膜壁表面,有撐開模具的趨勢,因此需要適當的鎖模力進行鎖模,漲模力在正常情形下會微微將模具撐開,對于模具的排氣具有幫助作用;但若漲模力過大,易造成成型品毛邊、溢料,甚至撐開模具。因此在選擇注塑機時,應選擇具有足夠大鎖模力的注塑機,以防止漲?,F象并能有效進行保壓。

      三、冷卻階段

      在注塑成型模具中,冷卻系統的設計非常重要。這是因為成型塑料制品只有冷卻固化到一定剛性,脫模后才能避免塑料制品因受到外力而產生變形。由于冷卻時間占整個成型周期約7080%,因此設計良好的冷卻系統可以大幅度縮短成型時間,提高注塑生產率,降低成本。設計不當的冷卻系統會使成型時間拉長,增加成本;冷切不均勻會更進一步造成塑料制品的翹曲變形。

      根據實驗,由熔體進入模具的熱量大體分兩部分散發,一部分有5%經輻射、對流傳遞到大氣中,其中95%從熔體傳導到模具。塑料制品在模具中由于冷卻水管的作用,熱量由模腔中的塑料通過熱傳導經模架傳至冷卻水管,再通過熱對流被冷卻液帶走。少數未被冷卻水帶走的熱量則繼續在模具中傳導,至接觸外界后散失在空氣中。

      注塑成型的成型首期由合模時間、填充時間、保壓時間、冷卻時間及脫模時間組成。其中以冷卻時間所占比重最大,大約為7080%。因此冷卻時間將直接影響塑料制品成型周期長短及產量大小。脫模階段塑料制品溫度應冷卻至低于塑料制品的熱變形溫度,以防止塑料制品因殘余應力導致的松弛現象或脫模外力所造成的翹曲及變形。

      四、脫模階段

      脫模是一個注塑成型循環中的最后一個環節。雖然制品已經冷卻成型,但脫模還是對制品的質量有很重要的影響,脫模方式不當,可能會導致產品在脫模時受力不均,頂出時引起產品變形等缺陷。脫模的方式主要有兩種:頂桿脫模和脫料板脫模。設計模具時要根據產品的結構特點選擇合適的脫模方式,以保證產品質量。對于選用頂桿脫模的模具,頂桿的設置應盡量均勻,并且位置應選在脫模阻力最大以及塑件強度和剛度最大的地方,以免塑件變形損壞。而脫料板則一般用于深腔薄壁容器以及不允許有推桿痕跡的透明制品的脫模,這種結構特點是脫模里大且均勻,運動平穩,無明顯的遺留痕跡。

      五、從以上四個階段系統總結注塑機關鍵參數及運維關鍵點

      1、溫度

      1)溫度的測量和控制在注塑中是十分重要的,雖然進行這些測量是相對地簡單,但多數注塑機都沒有足夠的溫度采點或線路。在多數注塑機上,溫度是由熱電偶感應的。一個熱電偶基本上由兩條不同的電線尾部相接而組成的。如果一端比另一端熱,將產生一個微小的電訊,越是加熱訊號越強。

      2)溫度的控制熱電偶也廣泛應用作溫度控制系統的感應器,在控制儀器上,設定需要的溫度,而感應器顯示將與設定點上產生的溫度相比較。在這最簡單的系統中當溫度到達設定點時,就會關閉,溫度下降后電源又重新開啟,這種系統稱為開閉控制,因為它不是開就是關。

      3)熔膠溫度

      熔膠溫度是很重要的,所用的射料缸溫度只是指導性。熔膠溫度可在射嘴處量度或使用空氣噴射法來量度。射料缸的溫度設定取決于熔膠溫度、螺桿轉速、背壓、射料量和注塑周期。你如果沒有加工某一特定級別塑料的經驗,請從最低的設定開始。為了便于控制,射料缸分了區,但不是所有都設定相同溫度。如果運作時間長或在高溫下操作,請將第一區的溫度設定為較低的數值,這將防止塑料過早熔化和分流。注塑開始前,確保液壓油、料斗封閉器、模具和射料缸都處于正確溫度下。

      2、注塑壓力

      這是引起塑料流動的壓力,可以用在射嘴或液壓線上的傳感器來測量。它沒有固定的數值,而模具填充越困難,注塑壓力也增大,注塑線壓力和注塑壓力是有直接關系。

      1)第一階段壓力和第二階段壓力在注塑周期的填充階段中,可能需要采用高射壓,以維持注塑速度于要求水平。模具經填充后便不再需要高壓力。不過在注塑一些半結晶性熱塑性塑料(如PAPOM)時,由于壓力驟變,會使結構惡化,所以有時無須使用次階段壓力。

      2)鎖模壓力為了對抗注射壓力,必須使用鎖模壓力,不要自動地選擇可供使用的最大數值,而要考慮投影面積,計算一個合適的數值。注塑件的投影面積,是從鎖模力的應用方向看到的最大面積。對大多數注塑情況來說,它約為每平方英寸2噸,或每平方米31兆牛頓,然而這只是個低數值,而且應當作為一個很粗略的經驗值,因為,一旦注塑件有任何的深度,那么側壁便必須考慮。

      3)背壓

      這是螺桿后退前所須要產生及超越的壓力,采用高背壓雖有利于色料散布均勻及塑料熔化,但卻同時延長了螺桿回位時間,減低填充塑料所含纖維的長度,并增加了注塑機的應力。故背壓越低越好,在任何情況下都不能超過注塑機注塑壓力(最高定額)的20%。

      3、注塑速度

      這是指螺桿作為沖頭時,模具的填充速度。注塑薄壁制品時,必須采用高射速,以便于熔膠未凝固時完全填充模具,生產較為光滑的表面。填充時使用一系列程序的射速,壁免產生噴射或困氣等缺陷。注塑可在開環式或閉環式控制系統下進行。無論采用那種注射速度,都必須將速度值連同注射時間記錄于記錄表上,注塑時間指模具達到預定的首階段射壓所須的時間,乃螺桿推進時間的一部分。

      4、模具排氣

      由于快速填充模具的緣故,模具必須讓氣體排出,多數情況下這氣體只是模腔中的空氣。如果空氣不能排出,它會被熔融壓縮,使溫度上升將引起塑料燃燒。排氣位須設于夾水紋及最終注塑部分附近。一般排氣位為613毫米寬,0.010.03毫米深的槽,通常設于其中一個半模的分模面處。

      5、保壓

      在注塑周期的填充階段中,可能需要采用高射壓,以維持注塑速度于要求的水平。模具填充后,就進入保持階段,這時螺桿(起沖壓器作用)推進額外的塑料以補償塑料收縮。這可在較低或同樣高的壓力下完成。通常若首階段采用高壓,次階段便采用較低壓,不過,在注塑一些半結晶性熱塑性塑料(如PAPOM時),由于壓力驟變,會使結晶體結構惡化,所以有時無需使用次階段壓力。

      6、停機

      最重要的是采取一個合理的停機過程,這樣便可節省大量時間和金錢。如果你要停機,正例如燃燒塑料,那么便沒有需要瀉出塑料。你可能會節省完全關閉和清潔注塑機的費用。

      7、暫時的停頓

      若注塑機暫停運作,更須多次將余膠噴清或讓別的塑料來通過注塑機清洗射料缸的剩余塑料。遇上塑料退色,噴清的次數就要增加。進行輕微修理時,射料缸的加熱器須調校至最低值,以盡量減低熱分解的可能。在更現代化的注塑機上該過程可能會自動啟動。

      8、整晚的停頓

      注塑熱塑性塑料(如PS)前,如已預先停機一晚,就只須關閉底部的滑板及射料缸加熱器,將射料缸噴射干凈。射嘴完全清潔,盡量把射料缸高度冷卻,等注塑機冷卻后關閉所有裝備,注塑機便可準備好再次加熱。

      9、鎖模壓力

      鎖模壓力必須大于塑料射入模內之總壓力,若過低塑料即可能由分模面處溢出。壓力過高又會損耗機器,模具及浪費電力。故適當的鎖模力是以成品射入模內分模面不出毛邊為原則。

      10、螺桿功能螺桿對原料有輸送、混練、排氣、除濕、熔解及計量等功能,塑膠原料熔融時所需之熱量有百分之七十是來自螺桿旋轉時發生之磨擦熱,有百分之三十是來自電熱片補充之熱量。低黏度、小螺桿、熔膠轉速要加快。高黏度、大螺桿熔膠轉速要放慢。復合材料需放慢轉速。

      1)射出速度

      射出速度之快慢,主要決定原料在模具之澆道中及模穴內流動之狀況。速度太快會產生毛頭過飽、燒焦及粘模,太慢易造成短射縮水,結合線明顯,須依實際需要分段調整。

      2)射出壓力

      射出壓力于射出速度有部分共同之影響,都是決定在模具內原料如何能均勻的,徹底的適量的流滿各角落,壓力太低會產生短射縮水,壓力太高會產生毛邊、粘模、內應力殘留日后變形、破裂、易損壞模具,機臺等。

      3)原料溫度

      成型時使原料恰當熔融所需之熱量及溫度,因每種原料之熔融溫度及比熱不同而不同。溫度過低原料熔融不均則短射,色澤不均,成品內應力高。加溫過高或過久,則因流動性太好易使成品產生毛頭,又因冷卻溫度差異使成品主生縮水,嚴重時則使原料分解變質甚至燒焦。

             11、模具溫度原料將大量之熱帶入模具,而成品則將部分之熱又散入空氣中因此欲使模具保持某一不變之溫度,在模具內通冷凍水、冷水、熱水、熱油或加電熱棒,以使進出模具內之熱平衡而能保持某一不變之溫度。模溫太低,成品易產生短射,表面粗糙,內應力高,粘模。模溫太高,成品易產生收縮下陷、周期延長,故冷卻時間、模溫高低可依經驗來設定。

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