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薄壁注塑成型技术 上海塑料 2 0 0 7年第 2 期 总第 1 3 8期 薄壁注塑成型技术 颜 克辉 沈阳化工学院 辽宁 沈阳 1 1 0 0 2 1 摘要 由于 3 c产品向 轻 薄 短 小 方向发展得越来越快 所以薄壁注塑成型技术也受到人们高度重视 介绍 了薄壁 注塑成 型技术产生的背景及其优点 分析 了薄壁注塑成型的定义 综述了薄壁注塑成型 中的注塑机 模具设计 制品设计和材料选用 探讨了薄壁注塑成型 中所面临的主要 问题 关键词 薄壁注塑成型 流长厚度比 模具设计 短射 中图分类号 T Q 3 2 0 6 6 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 9 5 9 9 3 2 0 0 7 0 2 0 0 3 5 0 3 近年来 笔记本 电脑 移动 电话 和个人 数字 助理等 3 C产品更新换代 的速度非常快 产品的 设 计理念正朝着 轻 薄 短 小 方 向发展 同时 人们对这些产 品的需求也正在快速增长 于是 薄壁注塑成型技 术迅速发 展 薄 壁注塑成 型技 术已引起人们的高度重视 以美 德和 日本等 国 为首 的发达国家纷纷投 资大力 开发研究该技术 它已成为塑料成型行业 中新 的研究热 点 是一项 具有深远意义和重要作用的未来技术 1 薄壁注塑成型技术 1 1 薄壁注塑成型技术的定义 薄壁 注 塑 成 型 t h i n w a l l i n j e c t i o n m o l d i n g T WI M 技术也称为薄壁塑件注塑成型技术 目 前关于薄壁 注塑成 型还 没有统一 的定 义 Ma h i s h i 和 Ma l o n e y l 把其定义为流长厚度 比 L T 即 从熔体进入模具 到熔 体必须充 填 的型腔最远 点 的流动长度 L和相应平均壁厚 之比在 1 0 0或者 1 5 0以上 的注 塑为薄壁 注塑 而 Wh e t t e n和 F a s s e t l 定义为 所成型塑件 的厚度小于 1 m m 同时 塑件的投影面积在 5 0 c m 以上的注塑成型 还有 学者把所成 型塑件 的壁 厚小于 1 mm 或 1 5 mm 3 或者是 t d 塑件厚度 t 塑件直径 d 针对 收稿 日期 2 0 0 6 1 1 0 6 作者简介 颜克辉 1 9 7 8 一 男 博士研究生 研究方向为高分子 材料 圆盘型塑件 在 0 0 5 4 以下的注塑成型定义为薄 壁注塑成型 由此可看出 要给出一个适合所有 塑料原料 和塑件形状 的薄 壁注塑 成型定义还是 比较 困难 的 同时 随着技术 的发展 薄壁注 塑成 型定义的临界值也将发生变化 它应该是一个相 对的概念 1 2 薄壁注塑成型注塑机 常规的注塑机很 难在 薄壁注塑 成型 中有用 武之地 如薄壁注塑成型的填充 时间很短 在很 短的时间内不 可能遵循 速度 曲线 因此 必须使 用高解析度 的微处理 器来控 制注塑机 在整个 薄壁注塑成型过程 中 应 同时各 自独立地控制压 力和速度 常规注 塑机 的充 填阶段用 速度控制 保压阶段再 转为压 力控制 的方法 已不 适用 薄 壁注塑成型注塑机一般需要小的料筒 而传统注 塑机的料筒都 比较大 由于塑件壁厚 比较小 所 以每次需要 射 出的量 就较少 如果使 用过大 的 料筒 容易 引起 塑料 原 料 因停 留时 间过长 而裂 解 因此 在注塑机 的选用上宜 以每次射出量是 机器最大射 出量 的 3 5 7 5 为佳 所 以需要 机械设备制造商与研究机构共同合作研制专用 的注塑设备 1 3 薄壁注塑成型模具的设计技术 薄壁注塑成型时模具 设计是 至关重要 的一 环 成型薄壁制 品时一般需要专用模具 与常规 制品的标准化模具相 比 薄壁制品模具从模具结 构 浇注系统 冷却系统 排气系统和脱模系统等 都有可能发生 重大变 化 它 主要表现 在 以下几 一 一 维普资讯 薄壁注塑成型技术 上海塑料 2 0 0 7年第2期 总第 1 3 8期 个方面n l 5 1 模具结构为承受成型时的高压 薄壁 注塑成型模具的刚度要大 强度要高 因此 模 具的动 定模板及其支承板厚度通常 比常规模具 的模板要厚 支撑柱 要多 模 具 内可能要 多设置 内锁紧定位机构 以保证精确定位和良好 的侧支 撑 防止弯曲和偏移 2 浇注系统成 型薄壁塑件 特别是塑件 厚度非常小时 要使用 大浇 口 而且 浇 口应该 大 于壁厚 如是直浇 口应设置冷料井 以减少浇 口 应力 协 助填 充 减 少塑 件去 除浇 口时 的损坏 为保证有足够的压力充填薄的型腔 流道系统中 应尽可能减少压力降 流道压降最好不要超过注 塑机提供压力的 1 5 为此 流道截面设计要 比 传统的大一些 同时要 限制熔体 的驻 留时间 以 防止塑料降解裂化 有一些薄壁塑件模 具 的浇 注系统 中引人 了 热流道技术和顺序阀式浇 口 S V G 技术 热流 道技术能够使熔 体经过较长 的流动路径后还 能 在浇口处提供尽可能高的压力 然而 热流道却 使熔体在高温下停 留的时间过长 容易使塑料降 解裂化 所以必须限制驻 留时间 S V G技术是美 国 G E公 司在薄壁塑件成型中开发的一种新型级 式控制热流道技术 是一种减小大型塑件流长 的 高级技术 S V G能有效地避免熔接线 降低成型 压力 在诸如笔记本电脑外壳等较大型薄壁塑件 的生产中发挥了巨大的作用 3 冷却系统薄壁塑件不像常规塑件那样 可以承受较大的因传热不均而产生的残余应力 为保证塑件的尺寸稳定性 把收缩和翘 曲控制在 可 以接受 的范 围内 就必须加 强模具 的冷却 确 保冷却均衡 4 排气系统薄壁注塑成型模具一般需要 有良好的排气性 最好可以进行抽真空操作 由 于填充时问短 注射速度高 模具的充分排气 尤 其是流动前沿聚集区的充分排气非常重要 以防 困气引燃 5 脱模系统 因为薄壁塑件的壁和筋都很 薄 非常容易损坏 而且沿厚度方向收缩很小 同 时高保压压力使收缩更小 使得 加强筋 和其他小 结构很容易粘合 为避免顶穿和粘模 薄壁注塑 成型应使用 比常规 注塑成 型数量更多 尺寸更大 的顶 杆 1 4 薄壁注塑成型制品的设计技术 薄壁制 品的设计原则 与常规 厚壁制 品的也 有很大不同 而且还受到成 型局 限性和塑料原料 选择的影响 薄壁制品要求具有高的冲击 强度 良好 的外观 质量和尺寸稳定 性 以及 精密 的尺 寸 公差 并能承受大的静态 载荷 设计过程中要重 点考虑制品的刚性 抗 冲击性和可制造性等 1 5 薄壁注塑成型塑料原料的选择 薄壁注塑成型所使用 的塑 料原料 的流 动性 要好 需要拥有大的流动长度 高的冲击强度 高 的热变形温度 高 的热稳定 性 低 的方 向性 以及 良好 的尺寸稳定 性 另外 还要考虑塑料原料 的 低温冲击 刚性 阻燃 性 机 械装配性 以及外观 质 量等 目前薄壁注塑成型应用较多的塑料原料 有 聚 碳 酸 酯 P C 丙 烯 睛一 丁 二 烯一 苯 乙 烯 A B S P C A B S共 混物和 P A 6等 这可能是 由 于随着壁厚降低 需要使用具有更好 物理性能 的 塑料来维持制品强度 1 6 薄壁注塑成型中存在 的主要 问题 虽然塑件薄壁化有很多优点 但却降低了塑 件的可成型性 以至于用 常规 的注塑成型方法无 法成 型这些 薄壁塑件 在 进行 薄壁塑件 的成 型 时 存 在 三 个 常 见 问题 短 射 翘 曲变 形 和 熔 接线 1 短射短射 s h o r t s h o t s 是指 由于模具 型腔填充不完全造成 塑件不完整 的质量缺 陷 即 熔体在完成填充之前就 已经凝结 如果某塑件填充不完整 则无需考虑其他质 量缺陷就可判定为不合格产品 常规注塑成型的填充过程和冷却过程是交 织在一起的 当聚合物熔体流动时 熔体前沿遇 到相对温度较低的型芯表 面或 型腔壁 就会 在其 表面形成一层冷凝 层 熔 体在冷凝层 内继续 向 前流动 随着冷凝层厚 度 的增加 实 际型腔流 道 变窄 冷凝层厚度对聚合物的流动有着显著 的影 响 因为常规注塑成型时塑件 的厚度较厚 所 以 此时冷凝 层对 注塑成 型的影 响还 不是很大 但 在薄壁注塑成型中 当冷凝层的厚度与塑件厚度 之 比随着塑件厚度 的变薄逐渐增加 时 这个影响 就很大 特别是 二者 的尺寸可 以相 互 比较 时更 为突出 维普资讯 薄壁注塑成型技术 上海塑料 2 0 0 7年第2期 总第 1 3 8期 研究表明 当塑件 的厚 度减小 时 冷凝层 对 流动的影响将会以指数形式增加 这也更说明 了 冷凝层在薄壁 注塑成型 中的影 响之 大 如果 仅 从注塑成型 图 1 考 虑 则需要注塑机有高的注 射速率 使塑料熔体填充型腔的速率超过冷凝层 成长的速率 或者使冷凝层的成 长速率变慢 这 样才可在流动截面封 闭前完成填充 动作 进行薄 壁塑件的注塑成型 I 芤 通 截面 图 1 注塑成型 时型腔 内流动情 况 F a s s e t 6 指出 当流动长度为 3 0 0 m m 塑件壁 厚为 3 0 mm时 此时 L T为 1 0 0 用常规注塑成 型技术就很 容易达 到 但 当塑件壁厚下降至 1 0 m m以下时 这个 曾经很 容易达 到的流长厚度 比 1 0 0 就变得非常难达到 2 翘曲变形 翘 曲变形 w a r p a g e 是不均 匀的内部应力导致的塑件缺陷 翘 曲变形产生 的原 因是收缩不均匀 取 向不 均匀和冷却不 均匀 翘 曲变形值 超过一 定数值 后塑件将被视为不合格 面且薄壁塑件对翘曲的 要求更为严格 可以通过平衡冷却系统 调节冷却时间 保 压压力以及保压时间等措施来改善塑件 的翘 曲 变形缺陷 3 熔接线熔接线 w e l d l i n e 是型腔 内两 个或多个熔体流动前沿熔合时形成的界线 熔接线不但影响塑件的外观质量 面且在熔 接线处易产 生应力集 中 削弱塑件 的机械强度 对塑件特别是薄壁塑件的机械性 能尤为不利 受 外力后塑件非常容易在熔接线处开裂 在设计时可 以通过减少 浇 口数 目或改变 浇 口位置来减少或改变熔接线的位 置 来满足塑件 的设计要求 随着 3 C产 品应 用 领 域不 断拓 宽 产 品 向 短 小 轻 薄 方 向的深入发展 薄壁注塑成 型 技术将 会成 为 一种 不 可缺少 的注塑 成型 技术 我国的薄壁 注塑成型技术 与 国外相 比还有很 大 差距 我们一定要加快这一高新技术的开发与应 用 为我国塑料加工业开创新局面作出贡献 参考文献 1 x u G J S t u d y o f T h i n Wa l l I n j e c t i o n Mo l d i n g D o c t o r D i s s e r t a t i o n M O h i o T h e O h i o S t a t e U n i v e r s i t y 2 0 0 4 2 H u a n g Mi n g c h i h T a i C h i n g c h i h T h e E f f e c t i v e F a c t o r s i n t h e Wa r p a g e P r o b l e m o f a n I n j e c t i o n Mo l d e d P a r t w i t h a T h i n S h e l l F e a t u r e J Ma t e ri a l s P r o c e s s i n g T e c h n o l o g y 2 0 0 1 1 1 0 1 1 9 3 L i a o S J C h a n g D Y C h e n H J e t a 1 O p t i ma l P r o c e s s Co n d i t i o n s o f S h ri n k a g e a n d Wa r p a g e o f T h i n Wal l P a r t s J P o l y m e r E n g i n e e ri n g a n d S c i e n c e 2 0 0 4 4 4 5 9 1 7 9 2 8 4 黄虹 塑料 成 型加工 与模 具 M 北 京 化学 工业 出版 社 2 0 0 3 5 谷 诤 巍 付 沛福 薄壳 成 型 技 术 J 合 成 树 脂 及 塑 料 2 0 0 1 1 8 5 5 7 6 0 6 J i m F T h i n Wal l Mo l d i n g D i f f e r e n c e s i n P r oce s s i n g o v e r S t a n d a r d I n j e c t i o n Mo l d i n g S P E A N T E C c 1 9 9 5 4 1 4 3 0 4 3 3 T h i n Wa l l I n j e c t i o n Mo l d i n g T e c h n o l o g y Y AN Ke h ui S h e n y a n g C h e m i c a l T e c h n o l o g y I n s t i t u t e S h e n y a n g 1 1 0 0 2 1 C h i n a A b s t r a c t T h e t h i n w a l l i n j e c t i o n m o l d i n g t e c h n o l o g y i s w i d e l y c o n c e r n e d b e c a u s e o f t h e r a p i d d e v e l o p m e n t o f t h e 3 C C o m p u t e r C o m m u n i c a t i o n a n d C o n s u me r p r o d u c t s w h i c h b e c o m e m o r e a n d m o r e t h i n l i g h t s h o r t a n d s m a l 1 T h e b a c k g r o u n d a n d s i g n i fi c a n c e o f t h e t h