模具对ABS注射成型制件作用效应的初步探讨.pdf

收稿日期:2007-01-29。作者简介:袁丽(1961-),女,山东青岛人,工程师,从事化工分析工作。模具对ABS注射成型制件作用效应的初步探讨袁丽,安彩玲(中国石油兰州石化分公司质检部,甘肃兰州730060)摘要:采用Demag377/80注射机分别安装两种不同尺寸试样的模具,一种为符合ISO国际标准的模具,另一种为符合ASTM标准的模具,在熔融温度、注射压力、螺杆转速、模具温度等工艺参数相同条件下,探讨ABS树脂熔体在注射成型时模具效应的作用。结果表明,模具的浇口及型腔尺寸不同,注射制件的拉伸强度不同。关键词:模具；注射成型；效应；拉伸1概述ABS的注射成型是将粒状或粉状的ABS原料加入注塑机料筒,在热和机械剪切力的作用下塑化成具有良好流动性能的熔体,随后在柱塞或螺杆的推动下熔体快速进入温度较低的模具内,冷却固化而得到塑料制品。注射成型是ABS加工中重要的成型方法之一,注塑制品的质量主要取决于注射成型过程。成型材料、成型模具、注塑机、辅助设备、成型环境等诸多因素影响着注塑制品的内在及外观质量,其中成型模具在决定制品质量方面具有头等重要意义,因此很有必要对模具对ABS成型制件效应进行探讨。本文作者采用Demag377/80注射机分别安装两种不同尺寸的模具,一种是符合ISO国际标准的模具,另一种为符合ASTM标准的模具,在熔融温度、注射压力、螺杆转速、模具温度等工艺参数相同条件下,初步探讨ABS在注射成型时模具效应的作用,发现模量的浇口及型腔尺寸不同,注射制件的拉伸强度不同,这可以引导用户在使用同一型号的ABS树脂时,可根据制件大小、难易程度确定模具的浇口大小及最佳的成型工艺参数,从而得到最好的制作。2试验部分2.1原料ABS树脂:301型,兰州石化分公司橡胶厂生产。2.2设备德马格Demag377/80精密注射成型机；日本岛津AG-500万能电子拉力试验机。2.3模具ISO标准模具见图1。模腔深度D=4.0mm,浇口处长L=20mm,高H=3.0mm。ASTM标准模具见图2。模腔深度D=3.2mm,浇口处长L=9.0mm,高H=3.2mm。2.4试验过程2.4.1试验方法采用BG1040-92B标准,进行拉伸屈服强度的测定,其中拉伸试验速度为500mm/min。142007年第3期甘肃石油和化工2007年9月SP主流道,模塑体积VM30000mm3,G浇口,投影面积Ap6500mm2图1130型标准模具型腔板SP主流道,模塑体积VM30000mm3,G浇口,投影面积Ap6500mm2图2ASTM型标准模具型腔板图3模型周期示意2.4.2试验过程无论是采用ISO标准模具还是采用ASTM标准模具,其注塑模塑循环周期描述见图3,描述一个模型循环有下列参数:熔体温度,模具温度,平均注射速率,注射时间,注射压力,保压压力,保压时间,冷却时间或循环时间,其中循环时间等于注射时间、冷却时间和开模时间之和。注射速度按公式(1)计算:VI=VMtIAcn(1)式中:VI注射速度,mm/s；Ac关键部位横截面积,mm2；VM模塑体积,mm3,tI注射时间,s；n模具型腔数。对于注射成型最佳工艺条件的选择采用正交试验确定。考虑到ISO02580-2.2丙烯/丁二烯/苯乙烯(ABS)模塑和挤出材料第二部分:试样制备和性能测定标准中对注射成型的熔体温度、模具温度和平均注射速度已确定,但在成型过程中影响注射制件的工艺参数很多,从所了解和掌握的情况来看,注射压力、保压压力、注射周期和保压时间也对成型工艺的影响24生产工艺甘肃石油和化工2007年第3期较大,因此,着重以上述4个条件作为对象,根据正交试验方案,采用三水平,四要素进行正交试验的确定,见表1。表1正交试验L9(34)试验序号因素A(注射压力/MPa)因素B(注射周期/s)因素C(保压时间/s)因素D(保压压力/MPa)11(3.0)1(50)1(25)1(0180SS)21(3.0)2(60)2(30)2(0185SS)31(3.0)3(70)3(35)3(0190SS)42(3.3)1(50)3(35)3(0190SS)52(3.3)2(60)1(25)1(0180SS)62(3.3)3(70)2(30)2(0185SS)73(3.6)1(50)2(30)2(0185SS)83(3.6)2(60)1(25)3(0190SS)93(3.6)3(70)3(35)1(0180SS)10(4.0)(60)(30)(0185SS)11(5.0)(60)(30)(0185SS)12(6.0)(60)(30)(0185SS)注:SS为最低注射压力。在成型过程中发现所选定的因素A,注射压力偏低,注射成型机的自控系统出现注射压力偏低的信号报警,因此,增加了3组试验,以便确定最佳的成型工艺,根据表1所确定的试验条件进行拉伸屈服强度的试验,其结果见附表1。附表1采用正交试验测定301样品的物性结果试验批号成型条件熔体温度/模具温度/注射速率/mms-1注射压力/MPa保压压力/MPa保压时间/s注射周期/s拉伸屈服强度/MPa1250602001003.02.42550431723.02.63060441033.02.73570431943.33.03550441053.32.62560441263.32.83070441173.6363.22560441093.63.635704410104.03.430604414115.04.330604414126.05.130604415从成型的过程和测定的数据结果看10号条件的情况最好。因此,选择10号的成型条件,进行重复性试验,其结果见附表2。从分析数据上看,10次试验结果发现拉伸屈服强度的最高值为4419MPa,最低为4316MPa,结果的误差约为3%,说明成型条件的选择是有效的,并可采纳。上述分析中所确定的Demag377/80注塑机注射成型工艺参数,进行2种模具的试验,见表2。3结果及讨论ISO标准模具和ASTM标准模具拉伸强度的测试结果,见表3。342007年第3期袁丽等:模具对ABS注射成型制件作用效应的初步探讨生产工艺附表2重复10批测定301样品的物性结果试验批号成型条件熔体温度/模具温度/注射速率/mms-1注射压力/MPa保压压力/MPa保压时间/s注射周期/s拉伸屈服强度/MPa144182441634419444185431867250602001004.03.43060431644118441094413104417AVE44136S01465表2Demaag377/80注塑机注射试样工艺条件材料采用ISO材料标准规定的条件熔体温度/模具温度/平均注射速率/mms-1经正交试验选择的条件注射压力/MPa保压压力/MPa注射周期/s保压时间/s301型250602001004103156020表3ISO标准模具和ASTM标准模具测试拉伸屈服强度的数据MPa序号ISO标准模具ASTM标准模具1441848182441648133441947194441848145431848136431647167441148138441048179441347151044174719AVE4413648117对同一牌号两种不同的模具其结果差异较大,从上述结果来看,ASTM标准模具测试的结果比采用ISO标准模具测试结果高出约4MPa,增加约8%,这表明模具结构对制件的测试结果影响较大,本人认为主要表现在模具浇口的大小,模具在外力的作用下,取向程度增加,一般来讲,高聚物材料在取向方向上强度随取向程度增加得很快,而这时分子量和结晶度的影响较小,其性能主要由取向的状况决定,晶粒的取向一般较早地完成。拉伸强度的急剧上升主要是和非晶态中链段的取向程度的提高相关联,因此,浇口小的模具有利于拉伸性能的提高。由此可见,由于浇口及模具型腔的尺寸不同,注射制件的强度性能不同；浇口小的模具所产生的强度效应大；浇口大的模具所产生的强度效应小。型腔尺寸也可能对其结果产生影响,但影响最大的主要取决于浇口的大小。导致塑料熔体的流动行为发生变化,当在型腔中的塑料熔体在外力的作用下发生流动时,由于各点流速不同(靠近模壁处流动速度最低),必然存在着剪切力。对于塑料制品浇口小有一定的优势,小浇口可以增加物料通过时的流速,同时浇口前后两段有较