塑料與成型工藝,成型質量有關的各種性能,統稱為塑料的工藝性能,了解和掌握塑料的工藝性能,直接關係到塑料能否順利成型和保證塑件質量,同時也影響模具的設計要求。以下是有關於熱固性塑料的工藝性能和要求說明。

目錄
1. 熱固性塑料的工藝性能
2. 塑料的收縮性
3. 塑料融體流動性
4. 比容(比體積)與壓縮率
5. 水分和揮發物的含量 
6. 固化特性 

1. 熱固性塑料的工藝性能
熱固性塑料射出利用螺桿或柱塞把聚合物經加熱過的料管 (120~260℉)(圖1)以降低黏度,隨後注入加熱的模具中(300~450℉)。一旦塑料充填模具,即對其保壓。此時產生化學交聯,使聚合物變硬。硬的(及固化)塑件趁熱即可自模具中頂出,它不能再成型或再熔融。
射出成型設備帶有一個用以閉合模具的液壓驅動合模裝置和一個能輸送物料的射出裝置。多數熱固性塑料都是在顆粒狀態或片狀下使用的,可用重力料斗送入螺桿射出裝置。當加工聚酯整體模塑料(BMC(說明1))時,它有如”麵包團”,採用一個供料活塞將物料押入螺桿槽中。

20220723-01.jpg

採用這種工藝方法加工的聚合物是(依據其用量大小排列):聚酯整體模塑料、酚醛塑料(Phenolic plastics)、三聚氰胺(Melamine)、環氧樹酯(Epoxy)、脲醛塑料(Urea-Formaldehyde , UF)、乙烯基酯聚合物(Vinyl Ester Resins)和鄰苯二甲酸二烯丙酯(Diallyl Phthalate, DAP)。
多數熱固性素料都含有大量的填充劑(含量達70%),以降低成本或提高其低收縮性能,增加強度或特殊性能。常用的填充劑包含玻璃纖維、礦物纖維、陶土、木纖維和碳黑。這些填充物可能十分具有磨損性。並產生高黏度,它們必須為加工設備所克服。
熱塑性塑料和熱固性塑料在加熱時都會降低黏度。但和熱塑性塑料不同的是,熱固性塑料的黏度會隨時間和溫度增加而增加,這是因為發生了化學交聯反應。這些作用的綜合結果是黏度隨時間和溫度而呈現U形曲線變化。在最低黏度區域完成充填模具的操作,這是熱固性射出模具的目的,因為此時物料成型為模具所需的壓力是最低的,這也有助於使聚合物中的纖維損害傷害達到最低。
熱固性塑料和塑塑性塑料相比,塑件具有尺寸穩定性好、耐熱性好漢剛性大等特點、更廣泛地應用於工程塑料。熱固性塑料的工藝性能明顯不同於熱塑性塑料,其主要性能指標有收縮性、流動性、水分及揮發物含量與固化速度等。以下是有關於熱固性塑膠的相關影片說明。

  • 熱固性塑膠射出模設計

  • (說明1)BMC injection-甚麼是BMC

BMC/DMC材料是Bulk molding compound/Dough molding compounds的英文縮寫,所以國內外有BMC/DMC兩種稱呼,即團狀模塑膠。翻譯成中文是塊狀模塑膠,團狀模塑膠。常稱作不飽和聚酯玻璃纖維增強模塑膠(BMC模塑膠,BMC材料,BMC料團等)。其主要原材料由短切玻璃纖維(GF)、不飽和聚酯樹脂(UP)、填料(MD),以及各種添加劑經充分混合而成的團狀預浸料。屬於熱固性模塑膠成型材料中的一種,BMC材料具有優良的電氣性能,機械性能,耐熱性,耐化學腐蝕性,又適應模壓成型、射出成型、傳遞成型等各種成型方法,BMC材料配方調整靈活,可滿足各種產品對性能的要求,其主要應用電工電器,電機,汽車,建築,日用品類等等領域。以下是有關於BCM的相關影片說明。






 


2. 塑料的收縮性
同熱塑性塑料一樣,熱固性塑料經成型冷卻也會發生尺寸收縮,其收縮率的計算方法與熱塑性塑料相同。產生收縮的主要原因如下。

  • 熱收縮

熱收縮是由於熱漲冷縮而使塑件成型冷卻後所發生的收縮。由於塑料主要成分是樹酯,線膨脹系數比剛才大幾倍至幾十倍,塑件從成型工溫度冷卻到室溫時,會遠遠大於模具尺寸收縮量的收縮,收縮量大小可以用塑料線膨脹係數的大小來判斷。熱收縮與模具的溫度成正比,是收縮率中主要的收縮因素之一。

  • 結構變化引起的收縮

熱固性塑料在成型過程中,由於進行了交聯反映,分子由線性結構變為網狀結構,由於分子鏈間距的縮小,結構變得緊密,故產生了體積變化。這種由結構變化而產生的收縮,在進行到一定程度時就不會繼續產生。

  • 彈性恢復

塑件從模具中取出後,作用在塑件上的壓力消失,由於塑件固化後並非剛性體,脫模時產生彈性恢復,會造成塑件體積的負收縮(膨脹)。在成型以玻璃纖維和布質為填量的熱固性塑料時,這種情況尤為明顯。

  • 塑性變形

塑件脫模時,成型壓力迅速降低,但模壁緊壓在塑件的周圍,使其產生塑性變形。發生變形部分的收縮率比沒有變形部分大,因此塑件往往在平行加壓方向收縮較小,在垂直加壓方向收縮較大。但為防止兩個方向的收縮率相差過大,可採用迅速脫模的方法補救。

影響收縮率的因素與熱塑性也相同,有原材料、模具結構、成型方法及成型工藝條件等。塑料中樹酯和填料的種類及含量,也將直接影響收縮率的大小。當所用樹酯在固化反應中放出的低分子揮發物較多時,收縮率較大;放出的分子揮發物較少時,收縮率較塑料中填料含量較多或填料中無機填料增多時,收縮率較小。
凡有利於提高成型壓力,增大塑料充填模流動性,使塑件密實的模具結構,均能減少塑件的收縮率
,例如用壓縮或壓注成型的塑件比射出成型的塑件收縮率小。凡能使塑件密實,成型前使低分子揮發物溢出的工藝因素的,都能使塑件收縮率減小,例如成型前對酚醛塑料的燠熱、加壓等。


3. 塑料融體流動性
流動性的意義與熱塑性塑料流動性類同,熱固性塑膠通常以拉西格流動性(the indexes of fluidity raschig)來表示,而不是用熔融指數表示。如(圖3)所示,將一定質量的預測塑料預壓成圓錠,將圓錠放入壓模中,在一定溫度和壓力下,測定它從模孔中擠出的長度(毛糙部分不計在內),此即拉西格流動性,拉西格流動性單位為mm,其數值越大則流動性越好。反之,流動性差。
每一品種塑料的流動性可分為三個不同等級:

  1. 拉西格流動值為100~131mm,用於壓制無嵌件、形狀簡單、厚度一般的塑件。
  2. 拉西格流動值為131~150mm,用於壓制中等複雜程度的塑件。
  3. 拉西格流動值為150~180mm,用於壓制結構複雜、型腔很深、嵌件較多的薄壁塑件。

塑料的流動性除了與塑料性質有關,還與模具結構,表面粗糙度、預熱及成型工藝條件有關。以下是拉西格流動性測試的影片說明。



4. 比容(比體積)與壓縮率
比容試單位質量的鬆散塑料所佔據的體積,單位cm^3/g;壓縮率為塑料與塑件兩者體積之比值,其值恒大於1。比容與壓縮率表示粉狀或短纖維素料的鬆散程度,均可用來確定壓縮模加料腔容積的大小。
比容和壓縮率較大時,則要求加料腔體積大,同時也說明塑料內充氣多,排氣困難,成型週期長,生產率低;比容和壓縮率較小時,有利於壓錠和壓縮、壓注。但比容太小,則以容積法裝料則會造成加料量不準確。各種塑料的比容和壓縮率是不同的,同一塑料,其比容和壓縮率又與塑料形狀、顆粒度及其均勻性不同而異。


5. 水分和揮發物的含量 
塑料中的水分和揮發物來自兩方面,一是生產過程裝遺留下來及成型之前在運輸、保管期間吸收的;二是成型過程中化學反應產生的副產物。如果塑料中的水分和揮發物含量大,會觸使流動性增大,易產生溢料、成型週期增長,收縮率增大,塑件易產生氣泡,組織鬆散、變形翹曲、波紋等缺陷。塑料中的水分和揮發物含量過小,也會造成流動性降低,成型困難,同時也不利於壓錠。
對來源屬於第一種的水分和揮發物,可在成型前進行預熱乾燥;而對第二水來源的水分和揮發物(包含預熱乾燥時為除去的水分和揮發物),應在模具設計時採取相應措施(如開排氣槽或壓制操作時設排氣工步等)。水分和揮發物的測定及計算公式如(圖2)所述。

20220723-02.jpg


6. 固化特性 
固化特性是熱固性塑料特有的性能,是指熱共性塑料成型時完成交聯反應的過程。固化速度通常以塑料樣式固化1mm厚度所需的秒數來表示,單位為s/mm,數值越小,固化速度就越快。合理的固化速度不僅與塑料品種有關,而且與塑件形狀、壁厚、模具溫度和成型工藝條件有關,如採用預壓的錠料、預壓、提高成型溫度,增加啞啞時間都能顯著加快固化速度。此外、固化速度還適應成型方法的要求。例如壓注或射出成型時,應要求在塑化、填充時交聯反應慢,以保持長時間的流動狀態。但當充滿型腔後,在高溫高壓下應快速固化。固化速度慢的塑料,會使成型週期變成長,生產率降低;固化速度快的塑料,則不易成型大型複雜的塑件。

 


以下資料是高分子的相關說明以及資料,有興趣的人可下載了解。

20220723-03.jpg


檔案下載位置: https://drive.google.com/file/d/1CvROh__cleMKTdvquQPNJ2hFSGLV9J7r/view?usp=sharing
解壓縮密碼:plastic20220723

 

 

 

 

 

 

 

 

    全站熱搜

    Ken 發表在 痞客邦 留言(0) 人氣()