upont十大成型加工技巧
By E. A. Poppe, Karl Leidig, Karl Schirmer, R. Wilkinson
内容: 1.塑料颗粒中的水分 2.模具供料系统过小 3.错误的浇口位置 4.保压时间太短
5.错误的熔融温度 6.错误的模具温度 7.不良外观的处理 8.与热流道有关的问题
9.翘曲 10.制品的模垢问题
1.塑料颗粒料中的水分
十大成型加工技巧-列出了对聚甲醛，尼龙，PBT聚酯和PET聚酯 等半结晶性工程塑料进行成型加工时需要注意的十大问题。在这一系列文章中,作者描述了确定和避免这些问题的简单方法。
许多塑料会从空气中吸收水分,它们吸收水分的量与树脂的类型有关。塑料颗粒中的水分,即使是表面凝聚的水分,也能引起一些与工程塑料的成型加工的问题。这种吸水性能可能会产生一些不利的影响,包括加工中的问题,制品的表面不好,或制品机械性能差的问题。仅用肉眼观察 是很难确定是否有水分存在。本文将为需要加工多种塑料的成型加工提供一些有用的指导,如何处理对水分敏感的塑料。
烘干塑料材料
大多数工程塑料要求颗粒中的水分含量低于一个某个最大值，塑料是否需要烘干主要取决于原材料对水分的敏感程度。一般情况下,塑料材料的水份含量与运输条件,包装类型和存放时间有关。例如,聚酰胺（PA）一般用袋子运输,这种袋子采用铝泊作为防水层,因而在使用时可直接打开袋子把料取出来就用。但大多数的聚酰胺(尼龙)加工厂的原料树脂都要先进行干燥,尽管有人认为,如果塑料在不超过一小时的时间内使用就不需要干燥.
另一方面,PET和PBT对水分非常敏感,一定要干燥以确保制品的冲击强度不受影响。另外，这些树脂在干燥后很快会再次吸水,因而，在一些情况下加工厂商必须特别小心,在PBT和PET树脂在运输和传送过程中,避免使用敞开的容器同时也应考虑树脂在装料斗中的停留时间。在不利的气候环境中，PET在10分钟内吸收的水分甚至能超过制品水分的最大允许值0.02%。干燥粉碎后的回用料或已吸水饱和的粒料(如置于开放条件下的容器中时)需要特别注意。在这种情况下,建议的干燥时间常常不能满足需要。充分饱和的聚酰胺尼龙至少应干燥12小时。在这种干燥条件下材料发黄在实际上是不可避免的. 因而，应遵循以下指导方针:
• 流道回用料应在封闭容器中储藏和再粉碎;
• 若只用了一部份材料，应关闭容器或封闭袋子;
• 装料斗上应该加盖。
如何烘干塑料
要想得到高质量的塑料制品，必须遵循正确的干燥程序。例如，不能使用各种类型的简单热空气干燥的办法来干燥聚酯工程塑料，但可使用去除了水分的空气干燥器(脱湿干燥器)。只应使用那些在不同的环境条件下，都能提供稳定和充分的干燥的设备。除了遵守正确的干燥温度外，确保在干燥空气中的露点低于负 20℃也很重要。使用填充高度和松密度不同的多容器的装置时,还应保证每一个容器都能达到充足的空气吞吐量。
测量含水量
塑料颗粒中的水分可用一些测量仪器进行测量，如压力计或使用卡尔-费歇尔方法的仪器。为了消除测量误差,样品应从进料斗的下部选取,并在适宜的容器中密封保存。可采用聚乙烯、铝多层复合袋，并采用热封口办法来包装样品,也可使用实验室用的可密封的玻璃容器.
2. 模具供料系统过小
如今，用工程塑料制造零件可以借助各种方法，如计算机辅助设计、终端有限元分析和模具内熔体流动计算等。它们的用处是无可非议的，但是有时候，它们并没有充分考虑原料供应系统的优化设计的重要性。本文论述了半结晶塑料供料体系的基本原理。但在实际应用时这些原理需要与正确地安置浇口、准确掌握加工时间相结合。以下各节分别详细描述了这些问题。
半结晶树脂的不同特征
半结晶热塑性塑料从融化到固化的状态中，经历体积收缩过程。收缩量可达到14％，这取决于树脂的种类，在保压时间内必须由再灌入模腔额外的熔融物料以进行补充。只有在浇口截面大小适当的情况下，才能在保压时间内，物料中心的熔体仍然处于熔融状态，才可能实现这种补料的操作。
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3. 错误的浇口位置
浇口位置对前区剖面流体流动和保压压力的有效性至关重要，它决定了模塑零件的强度和其他一些特性。
因为浇口位置一般由设计者和模具制造商确定，本小节内容专为这些人士所写。不过，对于成型加工商来说，为防止出现各种可能出现的问题，也应该从设计阶段就参与进来。
可能出现的不利影响
对于一个半结晶工程聚合物做成的零件，如果浇口处于错误的位置，即使其他设计全部正确，该零件也将报废。这些将被在增强和未增强树脂的应用中出现的一些问题所证实：由于前区剖面流体流动造成的熔接线和内存空气，将影响零件的表面光洁度，对于纤维增强材料还会影响零件的机械性能。改进工艺条件对此将不会起到作用。
如果浇口位于模塑零件的较薄部位，则在零件较厚的部位将形成凹痕和空隙。由于薄壁处材料结晶较快（见图），而厚壁部分需要较长的保压时间，因此厚壁部分不再得到熔料的供给。除了光学和机械问题外，在该区域还有不断收缩的问题，这将引起翘曲，即使对于未增强材料也是如此。
如果浇口太少或位置不正确，则流动距离太长，注射填充压太高。如果锁模力不够或所加工的聚合物为低粘性，结晶太慢，则会发生飞边。另外，由于加工窗口非常有限，所以不太可能通过成型参数调整来精密调节公差。
设立适宜浇口位置的建议
• 将浇口设置在壁面最厚的位置处；
• 浇口不能设置在高压区附近；
• 对长型的零件，在可能的情况下，浇口应设置在纵向，而不是设置在横向或在中央，特别是对增强性材料的模塑尤为如此。
• 如果有两个或更多的模腔，则零件和浇口应以竖流道为基准设计成对称排列；
• 对于齿轮、唱片、叶轮等轴向对称的零件，为得到优异的流动性能，适宜在中心使用隔膜浇口，或采用三板模的多点进浇方式
• 带有整体铰链的零件，浇口应设置使焊缝远离铰链。在铰链附近一定要避免流体阻滞。
• 诸如小型框架型、电容器套等杯型零件应在基座处设置浇口，以防止困气。
• 在管式零件中，应首先将熔化物从一端填充环状管，然后再沿着管长填充。 这样可避免在流动前剖面处的不对称性。
• 在成孔锁周围进行插入模塑，熔融的模心和其他金属嵌件、融化树脂应能沿着嵌件环形流动，以保持嵌件的最小安装误差。
• 使用一隧道浇口往顶销上送料，并从内面开设浇口，这样可避免在暴露的表面上出现浇口痕迹等表观缺陷。
• 要设置浇口以尽可能避免在充填过程中流体阻滞（如复杂零件、不同形状的多腔模塑等）。
这些建议不能涵盖应用中所有可能出现的问题。根据特殊模塑中出现的复杂程度，有时不得不做一些折中处理。但是，在设计阶段，如果可能，应尽量考虑一下我们所讨论的问题。在这种情况下，模拟填充实验是极为有用的。
4. 保压时间太短
一些注塑厂在实践操作中，常从他们对无定形塑料的经验出发，采取较短的保压时间和较长的冷却时间，而且也常把这种方法用于POM（聚甲醛）、PA（尼龙）、PBT、PET（聚酯）等半结晶性塑料。本节讨论了调机员选择合适的保压时间时的一些关键因素。
在保压状态下会发生什么？
一旦模腔被填充，塑料分子就开始结晶，即分子链开始有序排列，形成较高的堆积密度。这一过程从外围开始，在壁的中心结束（见图）。和聚甲醛一样，这一过程引起的体积收缩可达到14％，需要在保压状态下再向腔体中注入熔体。如果，将形成一些小孔（微孔），这些小孔会在多方面对塑料制品的性质产生不利影响。
如何判断保压时间是否太短
用这种方法制造的制品经常发生收缩、变形、凹痕、空隙，有时机械性能也会变差，甚至尺寸也可能会发生很大变化。操作人员有时会试图通过增加冷却时间来弥补，但这只会毫无意义地延长周期时间。
对未使用增强材料的制品，识别其保压时间不足的影响的一种方法是在壁最厚处切开。磨光后的切割面可用来检查空隙和气泡，这一操作可用放大镜或反射光显微镜来执行。一种更精确的方法是准备切片（见图片）。用这种方法，即使是最小的缺陷也能用显微镜检测到。
使用增强材料的制品的缺陷可很容易地通过壁最厚处的断面来进行检测。如果，断面上会出现一个类似气泡的结构，放大的断面显微照片上可以看到因未被塑料包裹而暴露在外部的纤维。另一种方法是准备抛光切片的显微照片，从中可明显检测到气泡。
有效的保压时间可通过在注塑机上对许多制品进行称重得到（详见描述）。对于给定模具，这是决定其在实际操作条件下的保压时间的最好方法。
最佳保压时间也可以通过比较法获得（见表）。这种方法只适用于给定壁厚的模具，它并未考虑到温度、成核添加剂或颜料、模具填充时间等其他因素的影响。壁厚小的模具的保压时间会短些，壁厚大的模具的保压时间则会长些。
正确的调校程序
为了使模件的一些性能达到最佳，保压时间应用称重法确定，而冷却时间应设置为所需的最小值（略高于塑化时间）。这要求必须准确地设计浇口位置（参见Plastverarbeiter 46[1995]6和7的第2部分和第3部分）。正确的压力值依所选材料的不同，在60MPa和100MPa间变化。
5. 错误的熔融温度
当加工半结晶工程聚合物时，选择正确的熔融温度对保证零件质量是至关重要的。通常与加工非晶态树脂相比，公差范围较小。加工商的机器直接影响到终端产品的质量。在本系列要讨论的十个问题中的第五部分，作者讨论了在POM（缩醛）、PA（尼龙）、PBT、PET（聚酯）模塑时的熔融温度问题。
在下会发生什么问题？
熔融温度太高或太低：两种情况都是错误的。谨记，在熔融过程中，温度分布也是必须要考虑的一个因素。
温度太高会破坏分子链，使聚合物降解。另外一个后果是，在熔融过程中，将使颜料、抗冲改性剂等添加剂分解。这些将导致机械性能减弱（因为分子链变短）、表面缺陷（由分解产品引起）及出现不良气味。
温度过低，则令产品结构不会得到均一性，这将明显降低耐冲击性，大多数情况下将发生机械性能变异。
除熔融温度外，在注射过程中聚合物的停留时间也非常重要。经验表明，停留时间通常应为2~9分钟。如果停留时间过长，即使熔融温度正确，在某些情形下也将发生热分解。如果停留时间过短，融体将没有足够的时间均一化。
过热的征兆是什么？
对POM而言，过度的热应力会分解产品，在熔体中出现气泡，这在清洗中可以看得很清楚。其他现象还有模塑沉积物增加、出现不良气味等。然而，过高的熔融温度将不会影响POM均聚物的机械性能。
PA在过热情况下将褪色，包括由于注射喷嘴温度过高造成的过热。在所有PA类型产品中，机械性能降低是热分解的征兆。在实验室里，通过测定溶液粘度可确定是否发生热分解，但一般生产商不会使用此方法。
PBT和PET对过热的反应更为强烈，过热会导致其韧性降低。在加工过程中，这些缺陷几乎看不出来。如果没有采用适当的质量控制方法测定，通常在装配阶段，或在使用中才会发现这种缺陷。产品变色表明质量出现严重问题。实际中，随机抽查产品与韧性相关的性能，就能发现问题。测试模塑零件的粘度既费时又价钱昂贵。
对未增强PA和PBT，如果在清洗时发现未融化粒子，表示融化温度过低，在极个别情况下是由太大的注射量引起的。
正确的熔融温度
在工程聚合物数据中列出每一种材料的适宜熔融温度范围。通常，料筒加热区的温度设置是不可靠的，这是因为除了加热带导致温度升高外，螺杆旋转产生的摩擦力亦发热。这种方式产生的热量有多少，是依据螺杆几何形状、转速及背压而定。
下列建议有助于准确测定温度：
• 熔融温度探针直径小于1,5 mm（反应特性）；
• 预热探针；
• 在一个绝热容器中收集熔体；
• 搅拌测温。
进行初次测温时，或不知道温度值时，在进料区应选择高于熔点10~15 °C的温度范围，在测量区应选择所要求的熔融温度以下5~10 °C的温度范围。根据已测熔融温度，可对温度进行微调。在长停留时间和短计量行程的情况下，建议使温度设置渐增。在短停留时间和长计量行程的情况下，通常放平的温度设置可得到最好的结果。不要将温度区设置为低于聚合物熔点温度
6．错误的模具温度
当模塑加工POM（缩醛）、PA（尼龙）、PBT和PET（聚酯）等半结晶类工程塑料时，要确保加工模具表面的温度适当，此点非常重要。要获得满意的加工需要对模具设计给予充分考虑。只有模具设计到位，加工商才可籍温度控制设备，生产出高质量的模塑产品。为避免在后续过程中出现生产问题，就要求在设计初期将模具设计结合起来考虑。
可能产生的负面结果。
最常见的问题是模塑零件粗糙的表面光洁度。这通常是由模具表面温度过低造成的。
半结晶聚合物的模塑收缩和后模塑收缩主要取决于模具的温度和零件壁厚。模具中温度分布不均匀将导致不同的收缩，从而无法保证零件符合规定公差。最差的情形是，无论加工的是未增强树脂还是增强树脂，收缩都超过了可修正值。
在高温使用条件中，如果零件尺寸变小，一般情况下是由于模具表面温度太低造成的。这是因为模具表面温度过低，则模具收缩也较低，但后模塑收缩较高。
如果在尺寸稳定下来之前启动过程过长，这表明模具温度控制不好，这是由于模具需较长时间才能达到热平衡。
模具某些部位热分散不均会导致大大延长生产周期，从而使模塑成本加大。
有时不正确的加工温度可根据对模塑零件的分析而知晓，例如，对POM等的结构分析，对PET 的差示扫描量热法（DSC）检查等。
确定正确模具温度的建议
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塑温度变得越来越难。除了简单零件以外，模塑温度控制系统通常会是一个折衷方案。因此，下列建议只是一个大略的指南。
在模具设计阶段必须要考虑对被加工零件外型的温度控制。
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。不要使用接头，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，请使用加压水作为控制温度介质。请使用耐高压高温的有韧性的管道和歧管（8 bar、130°C）。
给出与模具相匹配的控温设备性能的详细说明。模具制造商给出的数据表中应提供关于流速的一些必要的数字。
在模具和机器模板搭接处请使用绝缘板。
对动模和定模分别使用不同的温控系统
在任何一侧面和中心，请使用隔离的温控系统，这样可使模塑过程中有不同的启动温度。
不同的温控系统电路应串联，不能并联。如果电路并联，电阻的差异将引起温控介质的容积流速不同，从而会比在电路串联情况下发生更大的温度变化。（只有在串联电路连接在模具入口和出口温差变化小于5°C时其操作才良好）
在模具温度控制设备上有供给温度和返回温度的显示是一种优点。
工艺控制的目的就是要在模具中加入一个温度传感器，这样就可以在实际生产中检测温度变化。
在整个生产周期中通过多次注射在模具中建立起热平衡，一般最少应有10次注射。达到热平衡中的实际温度受许多因素影响。与塑料相接触的模具表面的实际温度可以用模具内部的热电偶测出（距表面2mm处的读数）。更常用的方法是手持一根高温计测出，高温计的探头要响应快速。模具温度的确定要测量许多点，而不是单点或一面的温度。然后可根据设定的控温标准进行修正。将模具温度调整至适当值。不同原料的一览表中都给出了建议的模具温度。这些建议通常都是考虑了高表面光洁度、机械性能、收缩性及加工周期等因素间的最佳配置而给出来的。
对于要加工精密元件的模具和要满足严格要求外观条件或一定安全标准零件的模具，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零件，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，并对零件进行认真检查，以保证生产出来的零件仍可以满足客户要求。
7．不良表面的修复
半结晶性工程塑料(如聚甲醛,尼龙,PBT)被使用的主要原因是它们具有优异的机械性能、热性能和电器性能。与无定形塑料相比，它们具有更优良的耐化学品和耐应力开裂性能好的优点.在多项具体应用中，还需要具有高质量的外观表面。本文将主要讲述如何去除可能存在的表面缺陷。
表面缺陷的定位和定义
为了解决表面缺陷问题，首先必须对缺陷准确定位。建议在实际注射成型过程中注意对表面的观察，需要说明的有以下几点：
• 缺陷每次注射时都会出现还是不规则地出现？
• 缺陷是否每次注射总出现在同一模腔？
• 缺陷是否每次总出现在制品的同一位置？
• 在模具的填充研究中是否已经能对缺陷进行预测？
• 主流道表面是否已明显存在缺陷？
• 当使用一批新的塑料时，缺陷出现的情况是否有变化？
• 缺陷只发生在一台机器上还是其他机器上也有？
分析表面缺陷产生的可能原因
表面缺陷可能由以下因素引起：
塑料材料混配过程：干燥，材料配混质量，杂质的存在（外来物质）
注射加工的条件：熔体温度，注射速度，及其变化-所有上述各点.
注射机的条件，如磨损和死角.
热流道的设计（流道，材料阻塞等）
模具设计，浇口的位置和浇口的横截面，注塑冷料阻截，排气等
颜料等添加剂
成型加工专用配混料中包含的聚合物。
从表面缺陷得到的结论
规则的局部缺陷
如果表面缺陷总是有规则地出现在同一位置，则表明注射的喷嘴或热流道的喷嘴有问题。流道、浇口或制品本身的形状和设计，如尖的边缘，壁厚突然变化等可能与此有关。另一原因是加工条件，如注射工艺曲线及其变化。
不规则的局部缺陷
如果表面缺陷总是出现在不同位置，则可能是在塑料专用料的配混过程中的问题（配混质量，灰尘的存在).其它因素,如低的熔体温度,背压,螺杆速度及螺杆转速等都可能对此产生重要影响。
大面积的表面缺陷
这种缺陷总出现在整个制品表面，常在主流道上即可见到缺陷。这时需检查熔体是否发生了分解。可将一批熔体注入到开放容器中并进行观察，看是否存在气泡。对于热流道体系，这种方法很难成功。熔体的降解或添加剂的分解,也可能是因为过高的温度或过长的停留时间。对于吸湿性塑料，如果加工用的物料未被充分干燥，塑料可能发生水解。
在持续生产中，注塑机注塑成型周期每完成一次就意味着射胶完成了一次。分界点就是闭模开始动作，也就是说，只要闭模动作开始了，就开始了注塑机的一个成型周期。
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