一 压注成型原理及特点
压注成型原理如图2-3所示。压注成型时,将热固性塑料原料(和压缩成型时一样,塑料原料为粉料或预压成锭的坯料)装入闭合模具的加料室内,使其在加料室内受热塑化,如图2-3a所示;塑化后熔融的塑料在压柱压力的作用下,通过加料室底部的浇注系统进入闭合的型腔,如图2-3b所示;塑料在型腔内继续受热、受压而固化成型,最后打开模具取出塑件,如图2-3c所示。
图2-3 压注成型原理
压注成型与压缩成型相比具有以下一些特点:
(1)成型周期短,生产效率高
塑料在加料室首先被加热塑化,成型时塑料高速通过浇注系统被压入型腔,未完全塑化的塑料与高温的浇注系统相接触,使塑料升温快而均匀。同时,熔料在通过浇注系统的窄小部位时吸收摩擦热使温度进一步提高,有利于塑料制件在型腔内迅速硬化,从而缩短了硬化时间。压注成型的硬化时间只相当于压缩成型的1/3~l/5。
(2)塑件的尺寸精度高、表面质量好
由于塑料受热均匀,交联硬化充分,因此改善了塑件的机械性能,使塑件的强度、力学性能、电性能都得以提高。塑件高度方向的尺寸精度较高,飞边很薄。
(3)可以成型带有细小嵌件、较深侧孔及较复杂的塑件
由于塑料是以熔融状态压入型腔的,因此对细长型芯、嵌件等产生的挤压力比压缩模小。一般的压缩成型在垂直方向上成型的孔深不大于其直径的3倍,侧向孔深不大于其直径的1.5倍,而压注成型可成型孔深不大于直径10倍的通孔、不大于直径3倍的盲孔。
(4)消耗原材料较多
由于存在浇注系统凝料,故塑料消耗比较多,这对小型塑件尤为突出。
(5)压注成型收缩率大于压缩成型收缩率
一般酚醛塑料在压缩成型时的收缩率为0.8%,但压注成型时的收缩率则为0.9%~l%,而且收缩率具有方向性。这是由于物料在压力作用下的定向流动而引起的,因此影响塑件的精度,但对于用粉状填料填充的塑件则影响不大。
(6)压注模的结构比较复杂,工艺条件要求严格
由于压注时熔料是通过浇注系统进入模具型腔成型的,因此压注模的结构比压缩模复杂,工艺条件要求严格,特别是成型压力较高(比压缩成型时的压力要大的多),而且操作比较麻烦,制造成本也大,因此,只有在用压缩成型无法达到要求时才用压注成型。
二 压注成型工艺
压注成型工艺过程和压缩成型工艺过程基本相似,它们的主要区别在于压缩成型过程是先加料后闭模,而一般结构的压注模在压注成型时则要求先闭模后加料。
三 压注成型的工艺参数
压注成型的主要工艺参数包括成型温度、成型压力和成型周期等,它们均与塑料品种、模具结构、塑件情况等因素有关。
1. 成型温度
成型温度包括加料室内的物料温度和模具本身的温度。为了保证物料具有良好的流动性,料温必须适当地低于交联温度10~20℃。压注成型的模具温度通常要比压缩成型的模具温度低15~30℃,一般为130~190℃。由于塑料通过浇注系统时能从中获取一部分摩擦热,故加料室和模具的温度可稍低一些。
2. 成型压力
成型压力指压力机通过压柱或柱塞对加料室熔体施加的压力。由于熔体通过浇注系统时有压力损失,所以压注成型时的成型压力一般为压缩成型时的2~3倍。酚醛塑料粉和氨基塑料的压注成型压力通常为50~80MPa,更高的压力可达100~200MPa;纤维填料的塑料为80~160MPa;环氧树脂、硅酮等低压封装塑料为2~10MPa。
3. 成型周期
压注成型周期包括加料时间、充模时间、交联固化时间、脱模取件时间和清模时间等。压注成型的充模时间通常为5~50s,而固化时间取决于塑料品种、塑件的大小、形状、壁厚、预热条件和模具结构等,通常可取30~180s。
压注成型要求塑料在未达到硬化温度以前应具有较大的流动性,而达到硬化温度后,又要具有较快的硬化速度。常用压注成型的材料有:酚醛塑料、三聚氰胺和环氧树脂等塑料。表2-6是酚醛塑料压注成型的主要工艺参数,其它部分热固性塑料压注成型的工艺参数见表2-7。
表2-6 酚醛塑料压注成型的主要工艺参数
模 具 工艺参数 |
罐 式 |
柱 塞 式 |
|
未 预 热 |
高频预热 |
高频预热 |
|
预热温度/℃ |
— |
100~110 |
100~110 |
成型压力/MPa |
160 |
80~100 |
80~100 |
充模时间/min |
4~5 |
1~1.5 |
0.25~0.33 |
固化时间/min |
8 |
3 |
3 |
成型周期/min |
12~13 |
4~4.5 |
3.5 |
表2-7 部分塑料压注成型的主要工艺参数
塑 料 |
填 料 |
成型温度/℃ |
成型压力/MPa |
压 缩 率 |
成型收缩率/% |
环氧双酚A塑料 |
玻璃纤维 |
138~193 |
7~34 |
3.0~7.0 |
0.001~0.008 |
矿物填料 |
121~193 |
0.7~21 |
2.0~3.0 |
0.001~0.002 |
|
环氧酚醛塑料 |
矿物和玻纤 |
121~193 |
1.7~21 |
|
0.004~0.008 |
矿物和玻纤 |
190~196 |
2~17.2 |
1.5~2.5 |
0.003~0.006 |
|
玻璃纤维 |
143~165 |
17~34 |
6~7 |
0.0002 |
|
三聚氰胺 |
纤维素 |
149 |
55~138 |
2.1~3.1 |
0.005~0.15 |
酚醛 |
织物和回收料 |
149~182 |
13.8~138 |
1.0~1.5 |
0.003~0.009 |
聚酯(BMC、TMC①) |
玻璃纤维 |
138~160 |
|
— |
0.004~0.005 |
聚酯(SMC、TMC) |
导电护套料② |
138~160 |
3.4~1.4 |
1.0 |
0.0002~0.001 |
聚酯(BMC) |
导电护套料 |
138~160 |
|
— |
0.0005~0.004 |
醇酸树脂 |
矿物质 |
160~182 |
13.8~138 |
1.8~2.5 |
0.003~0.010 |
聚酰亚胺 |
50%玻纤 |
199 |
20.7~69 |
|
0.002 |
脲醛塑料 |
α-纤维素 |
132~182 |
13.8~138 |
2.2~3.0 |
0.006~0.014 |
注:①TMC指粘稠状模塑料;
②在聚酯中添加导电性填料和增强材料的电子材料,用于工业用护套料。