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熱固性塑料注射成型工藝的發(fā)展

1熱固性注射成型工藝與傳統(tǒng)壓塑工藝的對(duì)比熱固性塑料的注射和加工技術(shù)的不斷改進(jìn)促進(jìn)了熱固性塑料的發(fā)展。廣泛用于家用電器、儀表裝置、化工、紡織、汽車、建筑、機(jī)械、工、軍民、航空、航空船業(yè)等部門。工業(yè)化國(guó)家熱固性塑料注射成型已成為熱固性塑件的“主流生產(chǎn)工藝”,日本已有85%以上熱固性塑料制品是以注射成型方法獲得的。傳統(tǒng)的熱固性塑料成型主要是壓縮模塑(壓塑)法和傳遞模塑法。1910~1960年,熱固性塑料制件一直是用壓塑工藝加工,壓塑成型工藝操作復(fù)雜,成型周期長(zhǎng),生產(chǎn)效率低,模具易損壞,易出廢品,質(zhì)量不穩(wěn)定,是強(qiáng)體力的手工操作,成本高。60年代后,美國(guó)針對(duì)壓塑工藝所存在的問題,首創(chuàng)了熱固性塑料注射工藝,1963年即投入實(shí)用化生產(chǎn),在此基礎(chǔ)上發(fā)展的熱固性無流道注射工藝及無流道注壓工藝的應(yīng)用,更促進(jìn)了熱固性塑料注射成型的發(fā)展。熱固性注射成型工藝與傳統(tǒng)壓塑工藝對(duì)比如下:優(yōu)點(diǎn):a.模具精密,成型制品可無飛邊。而壓塑成型制件多數(shù)情況會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)厚的飛邊。膠木制件尺寸的穩(wěn)定性好,修整工作量少。b.全自動(dòng)注射成型機(jī)械的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,適用于大批量生產(chǎn)。c.生產(chǎn)效率顯著提高到5~20倍。d.大幅度減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,降低粉塵對(duì)人體的危害性。e.不需要預(yù)熱裝置,而壓塑成型需用紅外線加速器或高頻預(yù)熱器。f.省掉預(yù)塑工序,顯著縮短生產(chǎn)周期,是壓塑成型的1/3左右,10mm制件成型只需2min,而壓塑成型需10min。g.模具使用壽命長(zhǎng),每副模具可生產(chǎn)10~30萬模。h.可采用多型腔,效率可提高5~20倍。缺點(diǎn):a.熱固性注射機(jī)及熱固性注射模投資費(fèi)用是壓塑工藝投資費(fèi)用的5~10倍。b.注射料有流道和澆口損失,多模腔注射模廢料率最多時(shí)可達(dá)50%,一般也有15%~20%。目前世界各國(guó)正發(fā)展無流道、無澆口注射工藝來克服此缺陷。c.不適合多嵌件的注射件,嵌裝嵌件不能自動(dòng)化,占較多的周期時(shí)間。d.難以成型大體積制品,目前國(guó)內(nèi)外最大有2kg的熱固性注射機(jī)。e.填料種類受限制,由于螺桿的剪切作用,使起增強(qiáng)作用的纖維注射料受損傷,難于達(dá)到制品強(qiáng)度的技術(shù)要求。同時(shí)硬質(zhì)填料對(duì)料筒、螺桿的磨損嚴(yán)重,影響設(shè)備使用壽命。f.注射件易翹曲變形,注射件有定向性,易引起注射件翹曲變形。g.能耗大,國(guó)產(chǎn)的500g熱固性注射機(jī)耗電量為44kW/h,其中用于模具加熱僅占1/4。h.電性能及機(jī)械性能差,制品的電性能及機(jī)械性能不如壓制制品。2固化塑料注射成型熱固性塑料注射成型原理是將顆?;蚍蹱顦渲⑸淞霞尤肓贤矁?nèi),通過對(duì)料筒的外加熱及螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)注射料的摩擦熱,對(duì)注射料進(jìn)行加熱,在溫度不高的機(jī)筒內(nèi)先進(jìn)行預(yù)熱塑化,使樹脂發(fā)生物理變化和緩慢的化學(xué)變化而呈稠膠狀,產(chǎn)生流動(dòng)性,然后用螺桿或柱塞在強(qiáng)大壓力下將稠膠狀的熔融料通過料筒的噴嘴,注入模具的澆口、流道并充滿型腔,在高溫高壓下,進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),經(jīng)一段時(shí)間的保壓后,固化成型,打開注射模,開模取出制品,即得固化塑料制品。熱固性塑料注射成型是物理變化和化學(xué)變化的過程,并且是不可逆的。根據(jù)原料品種不同而異,加熱溫度在料筒前段為90℃左右,后段為70℃左右。但實(shí)際上由于物料受螺桿剪切混煉作用摩擦生熱,其溫度會(huì)更高,而且螺桿背壓提高,料溫也升高。物料通過注射機(jī)噴嘴孔噴出時(shí),由于劇烈摩擦料溫可達(dá)110~130℃,模具溫度通常保持在160~190℃,壓力可達(dá)118~235MPa,物料在此溫度壓力下迅速固化。3成型塑料的制備熱塑性塑料的注射成型要考慮成型的3個(gè)方面。a.條件:熱量、壓力、時(shí)間;b.要素:注射料、注射機(jī)、注射模具;c.階段:塑化、注入型腔、固化階段。熱固性塑料注射成型工藝,同樣也要兼顧這3個(gè)方面。注射成型技術(shù)對(duì)所用熱固性塑料成型工藝性的基本要求是:在低溫料筒內(nèi)塑化產(chǎn)物能較長(zhǎng)時(shí)間保持良好流動(dòng)性,而在高溫的模腔內(nèi)能快速反應(yīng)固化。熱固性成型物料在機(jī)筒內(nèi)軟化,注射入約177℃的熱模具中進(jìn)行固化。整個(gè)過程要著重防止機(jī)筒內(nèi)早期固化。這可以通過用水夾套控溫、合理設(shè)計(jì)螺桿及模具來滿足成型工藝。熱固性塑料的注射成型過程可分為:a.塑化階段:將線型的樹脂在固化溫度以下加熱,使之轉(zhuǎn)化成為可以流動(dòng)的流體。b.成型階段:塑化的流體在一定的壓力下充滿型腔。c.固化階段:已經(jīng)成型的熱固性樹脂繼續(xù)升溫一段時(shí)間,分子鏈上的反應(yīng)基團(tuán)或者是活性點(diǎn)吸收大量熱后,開始活化,并在固化劑的參與下,發(fā)生大分子交聯(lián)反應(yīng)。具體的熱固性塑料注射成型工藝流程圖如下:熱固性塑料的注射成型過程,像熱塑性塑料一樣,要經(jīng)歷塑化、造型和定型3個(gè)大的階段,在注射機(jī)的成型動(dòng)作、成型步驟和操作方式等方面,均與熱塑性塑料的注射成型相似,但在工藝控制上有較大的差別。熱固性塑料注射成型工藝條件控制要求較高,熱固性注射料在成型工藝經(jīng)過塑化、注射充模和固化3個(gè)過程,為了保證注射成型工藝在生產(chǎn)中順利進(jìn)行,必須選擇最佳成型條件。各種熱固性塑料注射成型條件見表1。4物料停留時(shí)間熱固性塑料注射機(jī)有螺桿式和柱塞式,且螺桿式在逐年增多,其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要表現(xiàn)在塑化部件上,熱固性塑料在塑化過程中要求:a.不能對(duì)塑料產(chǎn)生過大的剪切作用;b.盡量縮短物料在機(jī)筒內(nèi)的停留時(shí)間;c.能準(zhǔn)確控制預(yù)塑化溫度。為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo),熱固性塑料注射成型機(jī)的螺桿結(jié)構(gòu)和料筒的加熱冷卻結(jié)構(gòu)有其獨(dú)特之處,日本、美國(guó)、德國(guó)、奧地利和意大利等國(guó)都有系列制造熱固性塑料注射成型機(jī),最大已經(jīng)到1kt級(jí)鎖模力以上,歐洲大多制造專用的熱固性塑料注射成型機(jī),美國(guó)則傾向于制造兼用機(jī),即通過更換料筒、螺桿和模具中的個(gè)別部件,既可用于熱塑性塑料的注射成型,也可用于熱固性塑料的注射成型。熱固性塑料注射成型機(jī)與熱塑性塑料注射成型機(jī)的不同,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面(見表2)。5澆鑄系統(tǒng)低溫度由于熱固性塑料熔體的流動(dòng)行為與熱塑性塑料熔體有很大區(qū)別,相應(yīng)模具也有所不同。熱固性塑料熔體的流動(dòng)類似賓漢流(Binghamflow),澆鑄系統(tǒng)要求流動(dòng)阻力小,同時(shí)為了加速在型腔內(nèi)的固化速度,縮短模塑周期,在流動(dòng)過程中需要適當(dāng)?shù)厣邷囟?。熱固性塑料與熱塑性塑料注射模具的差別主要表現(xiàn)在:a.流道的設(shè)計(jì),在主流道、分流道、型腔位置、澆口位置、澆口尺寸和形狀設(shè)計(jì)等方面都不相同。b.熱固性塑料注射模具必須設(shè)置加

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