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从三方面搞定注塑工艺中的温度控制

来源:荣格-《国际塑料商情》     发布时间:2021-04-09
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注塑技术所涉及的内容是将塑料转变为有用并能保持原有性能的制品,影响塑化流动和冷却的温度是注塑过程的重要工艺条件之一。那么如何控制注塑的工艺温度呢?简单来讲,注塑过程需要控制的温度主要有三种,分别是塑化原料用料筒(又叫套筒或机筒)的温度,注射用喷嘴的温度,以及熔料成型制品时用的成型模具的温度。前两种温度主要影响塑料的塑化和流动,而后一种温度主要影响塑料的流动和冷却。


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料筒的温度控制
塑料的加工温度是由注塑机料筒来控制的。料筒温度的正确选择关系到塑料的塑化质量,其原则是能保证顺利地注塑成型而不引起塑料局部降解。每一种塑料都具有不同的流动温度,同一种塑料,由于来源或牌号不同,其流动温度及分解温度是有差别的,这是由于平均分子量和分子量分布不同所致。塑料在不同类型的注塑机内的塑化过程也是不同的,因而选择料筒温度也不相同。


通常,为了保证注塑制品的成型质量,使注塑生产能长时间顺利进行,料筒末端最高温度应高于塑料原料的熔融态流动温度(或熔点),但低于塑料的分解温度。在确定料筒温度时,还应考虑成型制品的结构特点和模具的工作条件等因素,生产时应酌情调节控制。当成型薄壁或形状复杂的制品时,流动阻力大,提高料筒温度有助于改善熔体的流动性。


料筒的加热升温应分几段控温,从料筒的进料口至喷嘴处,料筒上全长温度应逐渐平稳提高,以使进入料筒的原料温度逐渐升高,达到原料均匀塑化的目的。在生产中除了要严格控制注塑机料筒的最高温度外,还应控制塑料熔体在料筒中的停留时间。

喷嘴的温度控制
一般情况下,控制注塑加工的喷嘴最高温度通常比塑化料筒的最高温度低10℃左右,这是为了防止熔料在直通式喷嘴可能发生的“流涎现象”,即熔料被高速高压注射经过喷嘴时,由于与小口径的喷嘴产生过大摩擦而使熔料温度升高,从而发生分解。喷嘴温度也不能过低,否则熔料在此处容易形成冷凝块而将喷嘴堵死,或者由于早凝料注入模腔,而影响熔料的流动和制品的质量与性能。


喷嘴温度的调节还应注意与注射压力大小的协调。注射压力较大,喷嘴温度可适当调低些;反之,温度略高些。喷嘴温度的高低验证可在检查熔料塑化质量对空注射时观察。当发现熔料表面带有色条时,说明喷嘴或机筒的温度有些偏高,应适当降低。


来自瑞士的和卓(Herzog)公司是注塑领域里最成功的针式和柱塞式截流喷嘴制造商和供应商之一。SEN型喷嘴是专门为弹性橡塑射出成型设计的,因为喷嘴设计有独特的、直达喷嘴头部的集成冷却系统用来调控喷嘴温度,所以不用担心液体硅橡胶和其他弹性体在喷嘴里过早硫化。喷嘴零件采用防腐蚀材料,双向气压驱动的针阀式截流机构将熔体直接截断在喷嘴和模具的结合面上。


模具的温度控制
模具温度是注塑成型中最重要的变量,它对注塑制品的内在性能和表观质量影响极大,本文也将做为重点来介绍。


模具温度的高低取决于塑料结晶性的有无、注塑制品的尺寸与结构形状、性能要求,以及其它注塑工艺条件(熔料温度、注射速度及注射压力、模塑周期等)。在注塑过程中模具温度是由冷却介质(一般为水)控制的,它决定了塑料熔体的冷却速度。


对于每一种塑料和塑胶件,存在一个模具表面温度的极限,超过这个极限就可能出现一种或更多不良影响(例如组件可能溢出毛边)。模具温度越低,冷却速度越快,熔体温度降低得越迅速,造成熔体粘度增大和注射压力损失增加,严重时甚至于引起充模不足。随着模具温度的增加,会减少塑料在型腔内有冷凝层,熔体在型腔内流动性增加,所需充模压力减小,从而获得更大的制品重量和更好的表面质量;但由于冷却时间增长,制品的生产率下降,制品的成型收缩率增大。一般的规律是,控制模具体的温度在原料热变形温度以下。


对于结晶型塑料,如果产品在较低的模温下成型,分子的取向和结晶被瞬间冻结,当一个较高温的使用环境或二次加工条件下,其分子链会进行部分的重新排列和结晶的过程,使得产品在远低于材料的热变形温度(HDT)下变形。由于较高温度有利于结晶,所以升高模具温度能提高制品的密度或结构晶度。在较高的模温下,制品中聚合物大分子松弛过程较快,分子取向作用和内应力都会降低。正确的做法是使用所推荐的接近其结晶温度的模温下生产,使产品在注塑成型阶段就得到充分的结晶,避免这种在高温环境下的后结晶和后收缩。


现在模具已变得越来越复杂,因此,创造适宜条件以有效控制模具温度变得越来越难。除了简单零件以外,模温控制系统通常会是一个折中方案。对大量生产领域的需求分析表明,最高温度100℃的直冷增压型温控器存在着需求。为此,奥地利威猛(WITTMANN)集团新推出了TEMPRO plus D M120增压温控器,它被推荐用作WITTMANN 4.0生产单元的组成部分,所以也就能完全集成在威猛巴顿菲尔注塑机的控制系统中了。TEMPRO plus D M120的标准加热功率为9kW,市面也有12kW或16kW的款式,以其磁耦合不锈钢水泵为特色,最大流量为40-90l/min,最大压力为4.5bar。它标配了耐磨损、免保养的流量测量装置。它还提供附加设备的广泛选择,目的是针对每一个可能的应用配置出绝对完美的温控器。威猛公司称,安装在直冷的Tempro机型中的变频控制泵的优点是控制参数的灵活性,操作的选择取决于电机的速度、压力或流量。


在模具设计阶段必须要考虑对被加工制品外型的温度控制。如果设计低注射量、大模塑尺寸模具时,重要的是要考虑传热性要好。设计流体流过模具和进料管的截面尺寸时要留有余量。不建议使用接头,否则这将对由模温控制的流体流动造成严重障碍。如果可能的话,使用加压水作为温度控制介质。


模具的温度调节变化原则是,原料的熔体粘度较低、制品的结构形状比较简单时,模具的温度可采用较低的温度值;原料的熔体粘度较高、制品的结构形状比较复杂时,模具的温度应控制在较高的温度值,这样,有利于熔料的顺利充模。通常把模具体温度控制在适宜熔料冷却定型要求温度范围的中等温度,这种温度对熔料的冷却降温速度和结晶速度都比较适宜。较高温度值的模具体仅适合于结晶速率较低的塑料成型。如果模具体的温度偏低,制品熔料冷却定型较快,制品易产生较大的内应力。


对于要加工精密制品的模具和要满足严格要求外观条件或一定安全标准制品的模具,通常要使用较高模具温度,可使后模塑收缩更低、表面更光亮、性能更一致。对技术要求低、生产成本要尽可能低的制品,模塑加工时可使用较低的加工温度。但是生产商应该明白这种选择的缺点,并对制品进行认真检查,以保证生产出来的制品仍可以满足客户要求。


总之,模具温度在注塑工艺中是最基本的控制参数之一,同时在模具设计中也是首要考虑的因素。



来源:荣格-《国际塑料商情》


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