在射出成形過程中,塑膠融體所釋放的熱量約有5%~30%由模具以熱傳導、對流和輻射的方式散發到大氣中,熱量的大部分有冷卻水帶走,因此射出模的冷卻時間主要取決於模具冷卻系統的冷卻效果。據統計,模具冷卻時間約占整個射出循環週期的2/3,因此縮短射出循環週期的冷卻時間是提高生產效率的關鍵。(相關文章-模具水路設計基礎理論)

目錄
1. 熔融塑料熱傳模具型式
2. 模具溫度對產品質量影響
a. 變形
b. 尺寸精度
c. 力學性能
d. 表面質量
3. 冷卻水的速度與流量

1. 熔融塑料熱傳模具型式
當射出成形時,融體攜帶這些熱量注入型腔。在塑膠製品固化成型時,就是冷卻,並釋放熱量的過程。在這個過程中,他釋放的熱量與升溫融化時所吸收的熱量是相同的。實際,從熱學角度來講,可以把模具看作是一個熱交換器。而模具射出成型的過程,就是進行熱交換的過程。
在空氣熱量主要是以輻射和對流的方式進行傳遞,模具主體主要是以傳導方式傳遞。射出成形時,在射出機料管內熔融的塑料以比較高的速度充填到模具的型腔中,不顧化成較低溫度的塑膠製品,然後從型腔中脫模。在這過程中,塑料融料的熱量在型腔內通過傳遞方式傳導給模具。熔融塑料傳遞給模具的熱量有三種型式。

  • a. 熔融的塑料在注入模體的過程中,將熱量傳導給模具,使模具溫度上升,同時融料的溫度也隨之下降。
  • b. 射出完畢後,融料和模具產生一個溫差。熱量是由高溫區向低溫區傳遞,高溫熔料必然向溫度較地的模具傳導,在這個過程中,傳導的熱量俗稱” 顯熱”。這部分熱量與融料的多少和溫差大小有關。
  • C.   塑膠融體與模具熱交換時,使其溫度迅速降低,而產生變相固化。這個過程產生熱能稱為熔化潛熱。

概括起來,以上的過程中,熔融塑料在單位時間內傳遞給模具的總熱量Q為(圖1):

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2. 模具溫度對產品質量影響
高溫塑料融體在模具型腔內凝固並釋放熱量,模具內存在一個合適的溫度分布,使塑膠製品的質量達到最佳。模具溫度調節對塑膠製品質量的影響表現如以下幾個方面。

模具溫度穩定,冷卻速度均衡可以減少塑膠製品的變形。對於壁厚不一致和形狀複雜的塑膠製品,經常會出現因收縮不均勻而產生翹曲變形的情況,因此必須採用合適的溫度調節系統,使模具的母模和公模中各部位的溫度基本上保持均勻,以便型腔內的塑料融體能同時凝固。

利用模具溫度調節系統保持模具溫度的恆定,能減少塑膠製品收縮率的波動,提高塑膠製品尺寸精度的穩定性。在可能的情況下採用較低的梅具溫度,有助於減少塑膠製品的收縮率。例如,對於結晶性塑膠,因為模具溫度較低,塑膠製品的結晶度低,較低的結晶度可以減小收縮率。但是,結晶度低不力於塑膠製品尺寸的穩定性,從尺寸的穩定性出發,又需要適當提高模具溫度,使塑膠製品結晶度均勻。當對模具溫度的要求出現矛盾時,模具溫度的選擇應根據使用情況著重滿足塑膠製品的主要性能要求。

對於結晶性塑料,結晶度越高,塑膠製品的應力開裂傾向越大,故減小應力開裂的角度出發,降低模具溫度是有利的。但對於聚碳酸酯一類的高黏度非結晶塑料,其應力開裂傾向與製品中的內應力大小有關,提高模具溫度有助於減少塑膠製品中的內應力,也就減小其應力開裂傾向。

提高模具溫度能改善塑膠製品的表面質量,過低的模具溫度會使製品輪廓不清晰並產生明顯的熔接痕,導致塑膠製品表面粗糙度大。此外,模具溫度調節除了對塑膠製品有較大的影響外,對生產效率也會產生影響。

 

3. 冷卻水的速度與流量
在射出模中,冷卻系統是通過冷卻水的循環將塑料熔體的熱量帶出模具的,冷卻通道中的冷卻水是處於層流還是紊流(湍流)狀態,對於冷卻效果有顯著的影響,紊流(湍流)的冷卻效果比層流的冷卻效果好得很多,據資料統計表明,在紊流(湍流)下熱傳遞比層流高10~20倍。這是因為在層流中冷卻水做平行於冷卻管道壁的同心層運動,每一個熱同心層都如同一個絕緣體,妨礙了模具通過冷卻水進行的散熱過程。為了使冷卻水處於紊流(湍流)狀態,希望水的雷諾數Re(動量與黏度的比值)達到6000以上。
(圖2)列出當溫度為10°C 、Re為10^4時,欲產生穩定紊流(湍流)狀態冷卻水應達到的流速與流量。

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