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热固性塑料注塑工艺对注塑机与模具的特殊要求

热固性塑料注塑工艺对注塑机与模具的特殊要求:

(1)料筒 料筒采用的加料口形式与热塑料注塑机的类似,但是由于热固性塑料在注塑时多数混有填料,尤其是在加工成型含有玻璃纤维增强填料的物料时,则应将料筒的加料口加大一些,以提高物料的进料速度。

(2)螺杆 螺杆的传动宜采用液压马达驱动。为了避免对热固性塑料产生过大的剪切作用以及物料在料筒内的停留时间过长,螺杆的长径比和压缩比都比较小,长径比通常为14~20,压缩比通常为0.8~1.4。与热塑性塑料注塑相比,热固性注塑螺杆的螺槽较深,以便减少对塑料的剪切作用,防止产生过多的摩擦热和物料过早硬化。

压缩型热固性注射螺杆的压缩比为1.05~1.2,它主要用于注塑成型不易发生交联反应的热固性塑料。无压缩型热固性注射螺杆的压缩比为1~1.05,此类螺杆的剪切塑化能力和输送物料的能力较好,主要用于注塑一般的热固性塑料。变深型热固性注射螺杆的压缩比为0.8~1,此类螺杆的摩擦剪切作用随螺槽深度的增大而变小,它的剪切塑化能力较差,但输送物料的能力较好,主要用于注塑易于发生交联反应的热固性塑料或用玻璃纤维增强的物料。

热固性注塑螺杆的头部一般呈60°左右的锥角形,并应保证与喷嘴的内表面相吻合,且能使螺杆在注射行程的末端到达喷嘴的进口部位,这样可使每次注射之后不会在料筒前端留下多余物料。螺杆与料筒之间的间隙应小(约为13μm~37μm),以尽可能地减少漏流,在螺杆头部应设置与热塑性注塑螺杆不同的止逆环结构以防止物料的倒流。这种结构的料筒采用两个不同直径(Dk,Ds)分别与螺杆头部和螺杆螺纹相配合,当刚开始注射时,螺杆从位置B行进到位置A时无止逆作用,行进到位置C时,螺杆头部与料筒直径Dk配合即起到止逆作用;同时又由于螺杆头部直径Dk小于螺杆螺纹直径Ds,因此止逆环又起到增压作用,该结构的螺杆可提高计量的精度,减少螺杆的损耗并可改善注塑制品的质量。

热固性注塑螺杆的表面光洁程度要求较高,其内部还可开设冷却水孔以通水冷却,防止螺杆表面温度过高,制造螺杆的材料应具有较高的耐磨性能、耐腐蚀性和硬度。

(3)模具 模具要有加热装置和温度控制装置,模腔表面一般要求进行硬化处理并设置排气孔。为了使物料不会溢出,排气孔一般深0.03mm~0.06mm,宽3mm~5mm,并开设在模腔最后充满的部位。为减少浇道废料尽量使用无流道注塑模。

热固性塑料注塑工艺过程

热固性塑料注塑工艺过程分以下步骤:
(1)预塑 料筒中的热固性塑料在料筒加热装置及螺杆所产生的摩擦热的作用下受热熔融达到预塑物料的目的。

(2)注射 预塑完成后,模具闭合,螺杆开始注射,熔料在螺杆推动下从料筒喷嘴经模具的主流道、分流道及浇口注入到模腔中并将模腔全部充满。由于熔料在注塑时剪切升温并且模具处于高温状态,熔料的温度快速升高进入快速反应状态。

(3)保压固化 注射完毕立即进入保压状态,保压目的有两个:一是补缩,二是保证制品结构密实。保压结束后延迟一段时间待物料完全固化,制品定型。

(4)制品顶出 打开模具顶出制品,清理模具。热固性塑料注塑成型工艺要素包括预塑(料筒温度、螺杆转速及背压)、注射(注射速度、注射压力和保压时间)、固化(模具温度和固化时间)三方面的内容,下面分别加以分析。

(1)料筒温度 塑化在注塑机的料筒中完成,料筒温度必须精确控制。如果料筒加热温度过低,则物料的流动性较差,与螺杆和料筒内壁产生不必要的剪切作用,既加大了螺杆的载荷,又使与螺杆接触的物料因温度过高而发生交联;如果料筒温度过高,则会提前发生交联反应而固化,从而失去流动性而无法注射到模腔中去。料筒的加热温度不是均一分布,而是呈阶梯状上升的,这样可使热固性塑料的流动性及固化速度处于最佳状态以减少螺杆旋转时受到的摩擦阻力。通常在能够完成对物料预塑的情况下,料筒的加热温度应该设定偏低一些,以防物料过早交联。

(2)螺杆转速 为了避免热固性塑料在注塑机料筒内作长时间的停留及螺杆对物料产生过大的剪切作用,应注意控制螺杆的转速。一般来讲,对于黏度较大的热固性塑料,在塑化时与螺杆之间的摩擦力大,其螺杆转速可以适当降低,相应地延长物料在料筒中的混炼塑化时间;对于黏度较小的热固性塑料,螺杆转速可以稍高一些以提高效率,但螺杆转速一般宜控制在50r/min以内。

(3)背压 背压高时,热固性物料在料筒内的剪切能量增大,预塑料的温度上升,硬化程度加大,从而会造成充模困难;螺杆背压过低,则会产生预塑时计量不准确而造成制品欠注等缺陷。一般将热固性塑料的注塑螺杆背压设定为0.3MPa~0.5MPa。

(4)注射速度 熔料在模腔内流动时与高温模腔壁接触的地方的黏度迅速降低,物料与模腔壁之间的相对速度很大,同时物料可从喷嘴、流道等处获得较多的摩擦热,这对制品的固化成型比较有利,因此在充模时注射速度可以设定得高一些。但如果注射速度过高则摩擦热会过大而使制品烧焦,而且制品会因固化时产生的水汽来不及排出而造成制品出现气隙、缺料等缺陷;如果注射速度过低,则熔料在注射过程中就会发生局部固化,从而严重影响注塑的质量。影响热固性塑料注射速度的因素很多,如模腔壁流动阻力、物料的流动性能、料筒的加热温度及注射螺杆的设计等都会对注射速度产生影响。

(5)注射压力 一般热固性注塑料会加入较多的填料,因此熔料的黏度大流动性能不好,而且与喷嘴、流道、模腔壁等之间的摩擦阻力较大,所以在注塑热固性塑料制品时所要求的注射压力较高,通常在100MPa~170MPa的范围内。对那些黏度较大、制品尺寸精度要求较高的注塑,则其注射压力应相应地提高;但如果注射压力过高则会增加注塑制品的内应力,并使制品出现溢料、脱模困难,降低模具的使用寿命。

(6)模具温度 热固性塑料的固化成型主要依赖于模具的高温及物料中的固化促进剂等。模具的温度较低时,制品的固化时间较长,生产效率低,而且制品的物理—机械性能下降;模具的温度较高时,制品的固化反应速度较快,固化成型时间缩短,而且制品的各项性能较好。但是模具温度也不能过高,否则制品的固化反应速度过快,低分子物和水汽来不及排除,会造成制品的表面出现烧痕及起泡、质地疏松等缺陷,而且由于制品内残留有较大内应力会造成制品的尺寸不稳定。

(7)固化时间 一般来讲,热固性塑料注塑的固化时间随着模具温度的升高而减少,并与制品的形状结构、壁厚及物料的预塑和注射情况有一定的关系。固化时间应适宜,太短则容易引起制品缺料,太长则会降低生产效率。热固性塑料注塑的固化时间通常在15s~100s的范围内,随着固化时间的增加,热固性注塑制品的抗冲击强度和抗弯强度增加,而成型收缩率则下降。

热固性塑料注射成型工艺不足之处

热固性塑料注射成型工艺具有生产效率高(成型周期比挤塑成型缩短1/2左右,比压塑成型缩短2/3左右),塑料尺寸稳定、质量好、飞边少、减轻劳动强度,延长模具寿命(每副模具可生产几万模以上)等优点,但也存在如下不足之处。

1、设备和模具投资费用高,热固性注射机及热固性注射模具投资费用是压塑工艺投资费用的5-10倍,这是影响注射技术推广应用的主要原因之一,注射成型应用在多品种小批量注射件上的效益不高,较适用于大批量的注射件生产。

2、注射料的利用率较差,因没注射一模有一只废料柄,对小型注射件,多行腔注射模来说其废料率最多时可达50%,一般也有15%-20%,因此原材料的浪费很大。目前世界各国正发展无流道、无浇口注射工艺来克服此缺陷。

3、不适宜嵌件多的注射件。因热固性塑料注射成型工艺是快速成型生产,嵌装嵌件不能自动化,势必占用较多的时间,这样使快速自动生产的注射机无法高速生产。

4、受填料种类限制。如果不是软质填料配置的注射料,因螺杆的剪切作用,起增强作用的纤维注射料受损伤,难以达到制品强度的技术要求,并且对料筒、螺杆的磨损严重,影响使用寿命。

5、注射件有定向性。熔融的注射料高速通过喷嘴、浇道时,木粉及纤维状的填料按流动方向排列,注射件的力学强度和物理性能带有方向性,易引起注射件翘曲变形。模具设计、选料、注射时参数选择都要周密考虑。

6、能耗大。热固性注射工艺需较大的耗电量,国产的500g热固性注射机耗电量为44kw/h,其中用于模具加热仅占1/4。

热固性塑料的介绍

热固性塑料:Thermosetting Plastics

热固性塑料是指树脂在加工工程中发生化学变化,分子结构从加工前的线形结构转变为网状结构,经过成型后再重新加热也不能熔融软化流动的一类聚合物。

热固性塑料在性能上和热塑性塑料有很多不同之处:它具有强度高、耐蠕变性好、耐热温度高、加工尺寸热固性塑料主要应用于电器绝缘、日用、机械、建筑和玻璃钢等领域。精度高,以及耐电弧性好等优点。热固性塑料的缺点是加工较为困难,常用的加工是压制和层压,另外塑联塑料制品有限公司还开发出了注射与挤出成型,但是比热塑性塑料的加工更加难易控制。

热固性塑料的品种较少,主要有酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂、不饱和树脂、呋喃树脂、氰酸酯树脂、烯丙基树脂和醇酸树脂等。

1.酚醛树脂(PF):酚醛树脂是历史上最长的塑料品种之一,俗称胶木或电木,外观呈黄褐色或黑色,是热固性塑料的典型代表。酚醛树脂成型时常使用各种填充材料,根据所用填充材料的不同,成品性能也有所不同,酚醛树脂作为成型材料,主要用在需要耐热性的领域,但也作为粘接剂用于胶合板、砂轮和刹车片。

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