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模制高温热塑性塑料时要耐高温

故障排除:高温成型

传统的成型技术对高温材料无效。模塑商需要了解某些条件和参数,以解决有时由高温注塑成型引起的问题。

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汽车行业对能效和燃油经济性的市场需求不断增长,这引起了设计工程师的极大兴趣,他们开始用高性能热塑性塑料代替金属。这些材料还具有重量轻,耐腐蚀,高尺寸稳定性和设计灵活性的特点,可广泛用于电气/电子,医疗,航空航天和电信行业。

表中显示的高性能塑料是高温材料,这意味着它们所需的模具和熔融温度要比聚丙烯,尼龙和聚碳酸酯等典型塑料高得多。增强材料(例如玻璃纤维,玻璃球和其他添加剂)与高性能塑料一起使用,以实现与金属相当的强度和刚度。

结果,传统的成型技术—例如,使用热水进行模具冷却,使用软钢进行原型加工—对这些材料无效。模塑商需要了解某些条件和参数,以解决有时由高温注塑成型引起的问题。
 

吸湿处理
 

今天大部分时间’由于高温塑料具有吸湿性,因此当暴露于潮湿空气中时,它们会吸收水分。虽然吸湿对模塑零件的性能和尺寸稳定性的影响很小,但对模塑过程的影响却很明显。这些影响的严重性将取决于水分含量,树脂等级以及特定的工具和零件。

较高的水分含量会产生其他挥发物,从而增加通风口的负荷。在极端情况下,模制零件将显示烧伤痕迹并具有较差的机械性能。
甚至水分含量的相对较小的变化也足以影响材料的粘度,从而引起尺寸和美观问题。如果不能严格控制水分含量,将很难建立稳定的成型工艺。如果水分含量变化并且使用恒定的保持压力和保持时间来成型零件,则零件密度也会变化。

零件密度的变化将表现为零件尺寸和重量的变化。在极端的情况下,可能会出现闪光或短镜头。与高水分含量相关的一些常见问题是脆性,烧痕,喷嘴流口水,工具积垢,不良的表面光洁度和不良的熔接线强度。强烈建议遵循树脂供应商发布的干燥准则。

通常,树脂在安装在成型机上方的料斗干燥机中干燥。干燥机系统应使用干燥剂,并且露点应保持在-32 C(-25 F)。

只要根据需要更换干燥剂,单床干燥剂系统通常就足够了。双床系统通常更可靠,因为它们可以使一张床再生而另一张床干燥。更好的是旋转床系统,因为它们不断提供新鲜的干燥剂源。在空气循环烤箱中进行托盘干燥仅适用于短期运行。塑料树脂应在树脂供应商规定的建议湿度范围内干燥。
 

选择合适的印刷尺寸
 

在成型高温材料时,机器的选择是一个关键变量。由于这些树脂的加工温度较高,因此将熔体保持在一定范围内的温度可能会导致聚合物降解和不可接受的成型零件性能(见图1)。
通常建议对于诸如聚邻苯二甲酰胺(PPA)之类的材料,估计的停留时间应不超过6分钟。过多的停留时间会导致树脂降解,导致流口水,飞边,积垢,烧伤痕迹以及成型零件的机械性能差。如果中断周期超过10分钟,建议从成型机机筒中除去树脂。

原型制作过程中的典型问题是:由于机筒过大而导致的停留时间较长,以及由于手动插入刀片而导致的循环时间较长。几次注射后必须清洗树脂,以免降解。

这是要记住的重要公式:

居住= 1.4 x最高射料量x比重x循环时间
    Time                                         Weight of Shot

由于某些高温塑料的流变性和粘度,需要高注射速度和高压。必须用一次注射增压压力填充整个模具,然后下降到保压压力。为了实现高注射速度,通常对Solvay等材料使用最高200 MPa(30,000 psi)的注射压力’s Torlon聚酰胺酰亚胺(PAI)。
 

选择合适的工具钢

预期要生产的零件的数量和质量将决定工具钢的选择。对于大批量生产,为避免过度的工具磨损,高质量工具的初期投资将是一笔合理的投资。通常,常见的工具钢(例如H-13,S-7和P20)可用于构造高性能树脂的注塑模具。模具应使用P20或更坚固的钢制成,以承受必要的热负荷。在模制玻璃或矿物增强的化合物时,需要耐磨性,并且H-13的性能最佳。工具钢应在生产前进行硬化;但是,明智的做法是在硬化之前对模具进行采样,以便可以轻松进行最终尺寸的切割。不建议将铝用于生产工装,但出于成本考虑,将其用于原型制作。

尽管可能不需要出色的表面外观,但必须从模具上去除所有加工痕迹,以确保正确地弹出零件。所有表面应在弹出方向上抛光。装饰零件允许使用带纹理的表面,但不允许有咬边。
 

模具冷却至关重要
 

正确控制模具温度非常重要。通常,高温塑料需要循环油,因为推荐的工具温度高于125 C(257 F),该温度远远高于水的沸点。 但是,可以将加压水加热到100 C(212 F)沸腾温度以上。有市售的系统,这些系统是专为使用高达204 C(400 F)的加压水控制注塑模具的温度而设计的。

可以将导热的铜铍钉插入关键区域,以促进热传递。模具中的传热通道应与每个型腔等距放置,并且应设计流量,使每个型腔暴露于相同量和相同温度的流体。经过空腔的流型应设计为并发(平行)而不是顺序。

电动筒式加热器在加热注塑模具中已经使用了数十年,但不建议使用。它们可以加热模具,但不能从模具中带走热量。由于注入模具的熔体比模腔要热得多,因此必须以某种方式除去多余的热量。在诸如芯销之类的热隔离区域中尤其如此,在该区域中热量可能积聚并引起弹出问题。而且,筒式加热器在其长度上往往会出现热点和冷点,这可能会导致模具表面温度不一致。反过来,这可能导致不一致的收缩,特别是对于半结晶塑料。
 

在热流道中管理热量
 

晶体材料热流道系统的热管理至关重要。模具中的每个液滴都应具有自己的热电偶和热源。热电偶的放置位置应在热源和熔体通道之间,以实现精确的热管理而不会降解树脂。

歧管通道应自由流动,没有尖角或死角。熔融树脂倾向于在这些区域停滞,导致降解,最终污染零件。应避免在歧管中停留时间过长,因为它会导致材料降解。通常,模具设计应尽可能简单。
 

漏斗或潜水门的提示
 

隧道或海底闸门是另一种流行的方法,因为它是自消弧的。一个潜在的缺点是可能会出现不规则的门痕迹。强烈建议将闸板插入件与隧道闸板一起使用。

隧道式浇口采用类似于标准边缘浇口的常规分型线浇口系统。然而,如图2所示,在靠近型腔的地方,流道在分型线下方隧穿并浇口进入到模具分型面下方的零件中。

弹出时,模制件和流道/浇口被工具钢本身分开。下落角度对于确保流道能够正确弹出并且不会卡在模具中至关重要。由于高强度塑料的增强级高模量,最大角度为30 °对于这些等级,建议垂直于模具的分型线。具有较低模量的未填充牌号可能会使用不太严重的落角。
 

处理结晶度
 

在半结晶聚合物的情况下,模量随温度升高而逐渐降低。在玻璃化转变温度(Tg)或接近玻璃化转变温度(Tg)的情况下,模量迅速降低至较低但仍然有用的水平。继续升高温度会使模量保持在或接近这个新水平(结晶平稳期),直到达到熔点温度(Tm)为止。在Tm处,模量再次迅速下降。半结晶聚合物通常在高于其Tg但低于其Tm的温度下使用,尤其是在用玻璃纤维和/或矿物填料改性的情况下。

模制材料的性能取决于结晶度百分比,而结晶度百分比又取决于模具温度。图3显示了抗拉强度和结晶度百分比之间的关系。如果工具温度低于建议的温度,则零件将无法达到完全的结晶度,并可能最终无法使用。材料的结晶度也会影响高温下的尺寸稳定性。在高于Tg的使用温度下,未完全结晶的零件的尺寸会发生变化。对于用于滑动配合或过盈配合设计的零件,这可能会带来很大的问题。

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