塑料中常用透明原料的特性及注塑工艺

塑料中常用透明原料的特性及注塑工艺由于塑料具有重量轻、韧性好、成型易，成本低等优点，因此在现代工业和日用品中，越来越多用塑料代替玻璃，特别应用于光学仪器和包装工业方面，发展尤为迅速。但是由于要求其透明性要好，耐磨性要高，抗冲击韧性要好，因此对塑料的成分，注塑整个过程的工艺、设备、模具等，都要做出大量的工作，以保证这些用于代替玻璃的塑料（以下简称透明塑料），表面质量良好，从而达到使用的要求。目前市场上一般使用的透明塑料有聚甲基丙烯酸甲酯（即俗称亚克力或有机玻璃，代号PMMA）、聚碳酸酯（代号PC）。聚对苯二甲酸乙二醇脂（代号PET）、透明尼龙、丙烯晴一苯乙烯共聚物（代号AS）、聚砜（代号PSF）等，其中我们接触的最多的是PMMA/PC/PET三种塑料，由于篇幅有限，下面就以这三种塑料为例，讨论透明塑料的特性和注塑工艺。一、透明塑料的性能透明塑料首先必须有高透明度，其次要有一定的强度和耐磨性，能抗冲击，耐热性要好，耐化学性要优，吸水率要小，只有这样才能在使用中，能满足透明度的要求而长久不变，下面列出表，比较一下PMMA/PC/PET的性能材料性能密度抗拉强度缺口冲击透明度变形温度允许含水量收缩率耐磨性抗化学性PMMA1.1875120092950.040.5差良PC1.20661900901370.020.6中良PET1.371651030861200.032良优注：因品种繁多，这只是取平均值，实际不同品种数据有异。PET数据（机械方面）为经拉伸后的数据。从表中数据可知PC是较理想的选择，但由于其原料价格贵和注塑工艺较难，所以仍以选用PMMA为主，（对一般要求的制品），而PET由于要经过拉伸才能得到好的机械性能，所以多在包装、容器中使用。二、透明塑料注塑过程中应注意的共同问题透明塑料由于透光率要高，必然要求塑料制品表面质量要求严格，不能有任何斑纹、气孔、泛白、雾晕、黑点、变色、光泽不佳等缺陷，因而在整个注塑过程对原料、设备、模具、甚至产品的设计，都要十分注意和提出严格升值特殊要求。其次由于透明塑料多为熔点高、流动性差，因此为保证产品的表面质量，往往要在较高温度、注射压力、注射速度等工艺参数作细微调整，使注塑塑料时既能充满模具、又不会产生内应力而引起产品变形和开裂。下面就其在原料准备、对设备和模具要求、注塑工艺和产品的原料处理几方面，谈谈应注意的事项。（一）原料的准备与干燥由于在塑料中含有任何一点杂质，都可能影响产品的透明度，因此在储存、运输、加料过程中，必须注意密封，保证原料干净。特别是原料中含有水分，加热后会引起原料变质，所以一定要干燥，并在注塑时，加料必须使用干燥料斗。还要注意一点的是干燥过程中，输入的空气最好应经过过滤，除湿，以便保证不会污染原料，其干燥工艺如表透明塑料的干燥工艺：材料/工艺干燥温度(°C)干燥时间（h）料层厚度(MM)备注PMMA70-802-430-40PC120-130》6《30采用热风循环干燥PET140-1803-4采用连续干燥加料装置为佳（二）机筒、螺杆及其附件的清洁为防止原料污染和在螺杆及附件凹陷处存在旧料或杂质，特别热稳定性差的树脂存在，因此在使用前，停机后都应用螺杆清洗剂清洗干净各件，使其不得沾有杂质，当没有螺杆清洗剂时，可用PE/PS等树脂清洗螺杆。当临时停机时，为防止原料在高温下停留时间长，引起降解，应将干燥机和机筒温度降低，如PC/PMMA等机筒温度都要降至160°C以下。（料斗温度对于PC应降至100°C以下）（三）在模具设计上应注意的问题（包括产品的设计）为了防止出现流动不畅或冷却不均造成塑料成型不良，产生表面缺陷和变质，一般在模具设计时，应注意以下几点A）壁厚应尽量均匀一致，脱模斜度要足够大。B）过渡部分应逐步圆滑过度，防止有尖角、锐边产生，特别是PC产品一定不要有缺口C）浇口，浇道尽可能宽大、粗短，且应根据收缩冷凝过程设置浇口位置，必要时应加冷料井D）模具表面应光洁，粗糙度低（最好低于0.8）E）排气孔。槽必须足够，以及时排出空气和熔体中的气体F）除PET外，壁厚不要太薄，一般不得小于1mm（四）注塑工艺方面应注意的问题（包括注塑机的要求）为了减少内应力和表面质量缺陷，在注塑工艺方面应注意以下几方面的问题。A）应选用专用螺杆、带单独温控射嘴的注塑机B）注射温度在塑料树脂不分解的前提下，易用较高注射温度C）注射压力：一般较高，以克服熔料粘度大的缺陷，但压力高会产生内应力，造成脱模困难和变形D）注射速度：在满足充模的情况下，一般宜低，最好能采用慢—快—慢多级注射E）保压时间和成型周期：在满足产品充模，不产生凹陷、气泡的情况下，宜尽量短，以尽量减低熔料在机筒停留时间F）螺杆转速和背压：在满足塑化质量的前提下，应尽量低，防止产生降解的可能G）模具温度：制品的冷却好坏，对质量影响极大，所以模温一定要能精确控制其过程，有可能的话，模温宜高一点好。（五）其它方面的问题由于要防止表面质量恶化，一般注塑时尽量少用脱模剂，当用回用料时不得大于20%对于除PET外，制品都应进行后处理，以消除内应力，PMMA应在70-80t热风循环干燥4小时；PC应在清洁空气、甘油、液体石蜡等加热110-135°C，时间按产品而定，最高需要10多小时。而PET必须经过双向拉伸的工序，才能得到良好的机械性能。三、透明塑料的注塑成型工艺（一）透明塑料的工艺特性：除了以上的共同问题，透明塑料亦各有一些工艺特性，现分述如下：1，PMMA的工艺特性：Pmma粘度大，流动性差，因此必须高料温，高注射压力注塑才行，其中注射温度的影响大于注射压力，但注射压力提高，有助于改善产品的收缩率。注射温度范围较宽，熔融温度为160°C,而分解温度达270°C，因此料温调节范围宽，工艺性较好。故改善流动性，可从注射温度着手，冲击性差，耐磨性不好，易划花，易脆裂，故应提高模温，改善冷凝过程，去克服这些缺陷。2，PC的工艺特性PC粘度大，熔料温度高，流动性差，因此必须以较高的温度注塑（270-320°C之间），相对来说料温调节范围较窄，工艺性不如PMMA。注射压力对流动性影响较小，但因粘度大，仍要较大的注射压力，相应为了防止内应力产生，保压时间要尽量短。收缩率大，尺寸稳定，但产品内应力大，易开裂，所以宜用提高温度而不是压力去改善流动性，并且从提高模具的温度，改善模具结构以及后处理去减少开裂的可能。当注射速度低时，浇口处易生波纹等缺陷，注射嘴温度要单独控制，模具温度高，流道、浇口阻力要小。3，PET的工艺特性PET成型温度高，且料温调节范围窄（260-300°C），单熔化后，流动性好，故工艺性差，且往往在注射嘴中要加防延流装置。机械强度及性能注射后不高，必须通过拉伸工序和改性才能改善性能。模具温度准确控制，是防止翘曲、变形的重要因素，因此建议采用热流道模具。模具温度要高，否则会引起表面光泽差和脱模困难。综上所述，我们可以列出在注塑工艺参数表，共大吉参考：透明塑料注塑成型工艺参数表工艺参数材料温度压力转速螺杆射嘴均化段压缩段加料段模具注射保压背压螺杆PMMA180-200190-210200-230180-20040-9070-15040-6014.5-4020-40PC250-270260-285270-300240-27085-10080-15040-706-14.720-60PET260-300265-300260-295250-29068-14086-1230-504.8520-70四、透明塑料的缺陷和解决方法由于篇幅有限，这里只讨论影响产品透明度的缺陷，其他缺陷请参考其他资料，其缺陷大致有以下几项：（一）银纹：由于充模和冷凝过程中，内应力各向异性影响，垂直方向产生的应力，使树脂发生流动向取向，而和非流动取向产生折光率不同而生闪光丝纹，当其扩展后，可能使产品出现裂纹。除了在注塑工艺和模具上注意外（最好产品做退火处理。如PC料可以加热到160°C以上，保持3-5分钟，再自然冷却即可）（二）气泡：主要是树脂内的水气和其它气体排不出去。（在模具冷凝过程中）或因充模不足，冷凝表面又过快冷凝而形成“真空泡”。（三）表面光泽差：主要是模具粗糙度大，另一方面冷凝过早，使树脂不能复印模具表面的状态，所以这些都使其表面产生微小凹凸不平，而使产品失去光泽（四）震纹：是指从直浇口为中心形成的密集波纹，其原因是因熔体粘度过大，前端料已在型腔冷凝，后来料又冲破此冷凝面，而使表面出现震纹（五）泛白。雾晕：主要由于在空气中灰尘落入原料之中或原料含水量太大而引起的。（六）白烟，黑点：主要由于塑料在机筒内，因局部过热而使机筒树脂产生分解或变质而形成的。透明产品的缺陷和克服方法：缺陷克服方法银纹气泡表面光泽差震纹泛白雾晕白烟黑点树脂原料有杂质或污染，清除杂质、污染清除杂质、污染，清除杂质、污染树脂原料干燥干燥要充分干燥要充分干燥要充分熔料温度降低、控制精确保证塑化再降低增加增加，特别是射嘴降低、控制精确尽量降低料温注射压力增加增加增加增加增加调整合适、不变质注射速度增加增加增加注射时间：增加增加保证压力生产周期减少减少料在机筒内停留时间背压压力调整合适增加螺杆转速减少浇注系统合理（尺寸及布局）壁厚部分加浇口设置布局合理合理（尺寸及布局）合理尽量短粗模具温度调整适当，略增增加增加增加冷却时间：增加增加模具排气排气孔够位置对排气孔够位置对加冷料井改善排气孔够位置对射嘴、流道、浇口不能堵塞料流畅、不塞料流畅、不塞注射量增加