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热固性塑料无流道注塑成型技术的研究 |
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作者：重庆工学院 袁胜军 袁海 杨翠翠 程妍琳 来源：雅式工业专网 |
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无流道技术在热塑性塑料加工领域已获得广泛应用。然而，热固性塑料注塑成型时产生的料把由於无法回收，浪费与环境问题更为突出。采用热固性塑料无流道注塑成型技术可以解决这一问题。
成型机理
无流道注塑成型并不是没有流道，而是初次注塑时，树脂充满模具的流道系统，尔後保持流道中的物料处於流动状态，可用於下一次充模，不需要取出流道系统中的料，只是取出制品。为此，必须在模具的流道处设置一个低温区，温度大致在105-110℃范围，低於物料的固化温度，但要保持物料长时间处於最佳熔融流动状态不固化，可继续用於下一模，流道板要采用热水或热油循环保温。而模具型腔是高温区，温度在145-180℃左右。物料注入型腔後在受热与受压条件下交联固化，生成网状结构的既不熔化也不溶解的物料。
低温区与高温区之间通常要用石棉水泥板或环氧玻纤板绝热。同时，还必须对模具定模底板和动模底板绝热。流道板处於高、低温界面，应该用导热性差的合金钢制造。无流道注塑成型要求严格的温度控制。
成型模具
模具结构
附图为一个典型的无流道凝料模具结构图。
模具设计要点
1） 经济性分析：并非所有的热固性塑料都适合采用无流道注塑模成型，具体要从其工艺性来考虑。采用无流道虽然可以减少流道凝料的损耗而降低成本，但由於此类模具结构相对复杂，价格通常会比普通注射模高2~3倍，因此不适合小批量制品的成型。采用无流道成型时，由於要使用较大的注射压力和较快的注射速度，而且浇注系统及模腔的控温还必须同时进行，因此，不但注塑机应有较大的功率，而且模具加热功率亦应比普通模具高20%-30%。
2） 流道结构设计：设计浇注系统时必须考虑物料的注塑工艺和模具加工特点。例如注塑时，因为物料有升温的趋势，模具也是加热的，不必担心流道因比表面积过大而散热的问题。为了尽量减少物料的消耗，可将流道的截面尺寸设计得比普通浇注系统更小一些，可以选用比表面积较小的梯形截面或圆形、半圆形截面的分流道。整个浇注系统的设计都必须保证物料的流动不出现死角，不会因为过热而交联固化。
3） 流道板与模板之间必须有良好的绝热措施，防止流道板温度升高，流道内物料发生交联固化引起流道不畅通等。隔离方式可根据情况选择空气绝热和绝热材料绝热。
4） 模具温度必须准确控制，允许在±5℃范围内波动。流道板和各个喷嘴温度应分别控制。
5） 流道板应选稳定性好、膨胀系数小的材料，流道采用圆截面，有利於熔体保温和流动，一般直径为6-8mm，在有玻纤填料时应取较大值。
6）流道应有与型腔相同的表面粗糙度，不能有料滞留。
7）喷嘴直径一般不小於4mm，带有0.5-1°的倒锥，便於拖出浇口柄。
8）在流道板上应设分型面，并配有挂钩式的开闭锁板，以备从流道板内取出固化物的需要。
9）流道容积应比一次注射塑料的总体积小，防止塑料熔体在流道内停留的时间过长，失去流动性。
成型工艺控制
控温精度
流道温度偏高（>140℃）会造成流道中的熔融料固化，从而促使浇口堵塞。流道温度偏低，则熔融料黏度高，流动性变差，流动阻力相应增大，熔融料不易通过流道，易造成型腔中缺料，同时使注射时间、注射压力相应增加。为此，控温精度的高低是无流道注射成型工艺顺利进行的关键。控温精度±5℃是相对於控温范围105-115℃的某一特定温度，而这一特定温度是针对某种流动性的热固性注塑料而言，决不是105-115℃之间可以通用。一般流动性大的注塑料，其控温范围在100-120℃之间；流动性小的料，则控温范围在105-115℃之间。 
典型的无流道模具结构图
工艺参数确定
油循环系统表面散热损耗较大，所以油箱油温应比流道中的温度高5-10℃。由於上型腔的热源来自於下型腔传导热，两型腔之间有一定的温差，一般在20-30℃之间。
表1为500g 热固性塑料注射机应用无流道注塑成型工艺参数，与热固性塑料普通注塑成型基本相同。无流道注射工艺塑料制品的成型周期也与其相同，但采用快速固化的无流道注射料，其生产成型周期比原注射工艺缩短1/3。某款500g热固性塑料注射机无流道注塑成型工艺条件
 用料
用於无流道注塑成型的热固性塑料必须具有以下成型工艺特性：
1 较好的流动性，在一定的温度和注射压力的作用下能够充满模具模腔的各个部分。流动性太差的注塑用热固性塑料会造成注塑困难而发生填充不满的现象，流动性太大则会出现“飞边”及黏模现象。
2 熔融粘度比一般注塑料低，注塑用热固性塑料的塑化温度一般为70-90℃。热固性塑料在95-120℃温度范围内时粘度最低，塑料此时具有较佳的流动性能。在70-100℃时热固性塑料的热稳定性较好，塑化後的熔融物料能在料筒中存放较长时间，对无流道注塑工艺可避免出现废料。
3 在高温下的固化速度要快。如果固化速度过慢，则成型周期过长，注塑制品容易变形、尺寸不稳定；固化速度过快，则会出现充填不足或塑件表面疏松而使塑件成为废品，此时可采用快速固化料进行高速充模固化。
4 收缩率要小，收缩率太大则制品容易产生裂纹或者翘曲。同时注塑用热固性塑料的颗粒度要适中，均匀度要好。颗粒太细容易造成污染以及出现“架桥”现象，颗粒太粗致使制品表面无光泽，外观质量较差。
成型设备
热固性塑料无流道注塑成型设备和热塑性塑料注塑机大致相似，主要不同点如下：
1）注射装置：与成型热塑性塑料相比，螺杆长径比略小，约为14-18，压缩比约为0.8-1.2；螺杆头为锥形与料筒和喷嘴内轮廓相配合，并且螺杆前端不设止逆环，防止熔料回流；喷嘴为直通式，孔径为2-3mm；射嘴必须添设加热设置，保压阶段模温较高，喷嘴必须离开模具以避免产生所谓的流延现象。熔料通过喷嘴时的温度约为110-140℃，为满足成型工艺要求，保持料温恒定，一般采用恒温控制的水加热系统。由於对热固性塑料的成型温度要求非常严格，且在发生紧急情况时需急速冷却料筒，故在料筒上还要设置冷却水套。
2）合模装置：热固性塑料的合模装置一般采用充液式或稳压式，可进行排气动作。
应用前景
随着现代社会的发展，塑料制件已经应用於社会的各个角落，对热固性塑料的需求也与日俱增。在汽车工业上，热固性塑料占有汽车塑料的25%，如何充分利用热固性塑料极为重要。热固性塑料的无流道注塑成型可以有效解决浇道废料问题，同时不需要将这些凝料从料筒中分离，节约了能量、劳动力，提高了效率，避免了环境污染和原料浪费。随着科技的发展，我们可以预见它将获得持续进步与发展。(end)
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(5/11/2008) |
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