最新塑胶射出成型技术.doc

最近的塑膠射出成型技術作者：曹祥恩一、前言 射出成型系統包括了射出成型機、模具、成型條件、成型方法、成型品設計等重要因素，成型品的品質、成本即受這些因素之影響，而各項因素又會互相干擾。 射出成型機在全電動化、精密控制、專用機台等方面的進步很顯著，尤其是全電動射出成型機的訂單已超高油壓式射出成型機，其優點在於精密控制性以及節約能源方面。 電動射出機以小型機為主，但最近已有鎖模力超過1000噸的大型機了。各公司並開發DVD、連接器、微齒輪等精密成型品的專用成型機。此外模具也在精密化、熱澆道等方面進步顯著。以下因篇幅所限，將以最近的成型法為中心，介紹其代表性例子。 二 、超高速射出成型 模穴充填壓力要進一步均一化，可採用多種方法，其一為提高射出速度。對薄肉或複雜形狀的模穴，為將熔融塑料充填至最末端，各公司均開發出超高速射出成型機。可成型厚度0.5mm以下的薄製品，日本FANUC公司利用線性馬達，使射出速度達2000mm/s，加速度13G以上，用此超高速成型機製造厚度0.13mm的喇叭筒。日精樹脂工業公司則以油壓機開發出射出速度2000mm/s的機台。 熔融塑料是非牛頓性流體，其粘度會隨剪切速度而下降，塑料更因射出成型時的剪切發熱而流動。(圖1)為60*290*2mm的模穴在充填後立即試算出來的料門至145mm位置的塑料溫度分布圖。射出速度愈大，模具壁面相接之固化層部分發生更多剪切發熱，使其溫度上升而阻止固化層的形成，促進塑料流動。射出成型時在最易冷卻的部分，對與固化層相接部位施以最大剪切速度，使該部分粘度下降，且引發自行發熱而保持流動，這是巧妙應用熔融塑料特性的成型法。 三 、低壓射出成型 成型品單位投影面積鎖模力為0.3噸/cm2左右者，為一般的射出成型，低壓射出成型的鎖模力則多在其一半以下。代表性的成型法為射出壓縮成型法(圖2)，不但模內壓力均一，塑料可均一地流動至模穴末端(圖3)，流動長度也可增至2倍(圖4)。0.6mm厚的光碟、各種電子儀器的薄肉外殼等均可用此法成型。射出壓力可精密控制的低壓成型，已被各種射出成型機所採用。 四 、提高模具表面轉寫性 射出成型週期的時間不可增加，但又要求模具表面的轉寫性要提高，如鏡面外觀、降低熔接線的痕跡等。這原本是要靠塗裝等二次加工來完成，但為降低成本、減少塗裝時對大氣的污染，或考慮材料回收利用，因此多要求免塗裝化。 近年來，一些資訊產品(如光碟)有精密表面，導光板等也要求性能提高，因此促成模具表面轉寫性提高，其具體的方法如下: (1)以高速射出、高溫模具來改良。(2)用射出壓縮成型、氣體輔助射出成型等方法，以提高塑料壓力的傳達。(3)將熱媒、冷媒交互流過模具(循環加熱、冷卻法)。(4)成型前以高週波誘導加熱法將模具表面選擇性加熱。(5)成型前將模具表面輻射加熱。(6)於模具表面設電絕緣層及導電層，藉導電層來加熱模具表面。(7)將持續振動塑料並成型(Rheomolding)。(8)將持續振動模具並成型(UIM)。(9)以隔熱層披覆模具表面的模表面隔熱法(隔熱模具法/CSM、ULPAC等)。(10)利用二氧化碳的方法(AMOTEC)。以上方法均有其優、劣點，必須依用途來選用可發揮其優點的方法。 在成型前以電氣等外部能量來加熱模具表面的方法(36法)，為主動控制法(Active Control)，不施加外部能量而以塑料本身的熱來保持模具表面高溫者，為被動控制法(Passive Control)。 利用二氧化碳的方法是旭化成開發的AMOTEC法，與以往的方法是完全不同的。二氧化碳是塑料的良好可塑劑，加入塑料中可大幅降低塑料的Tg值(圖5)。 射出塑料的表層吸收二氧化碳後，固化溫度下降，模具轉寫性即改良，此為AMOTEC的原理(圖6)。圖6中加壓二氧化碳供應模穴內，塑料在二氧化碳的環境下充填入模穴，熔融塑料如噴泉般流動，將二氧化碳擠壓至模壁與塑料之界面，使其溶入成型品的皮層，皮層部分塑料的固化溫度即下降，若固化溫度較模穴表面溫度為低，則不會形成固化皮層，射出完畢後藉保壓即可提高模具表面轉寫性。 一般的成型，為使成型品冷卻，模具表面溫度要較塑料的固化溫度為低，充填的熔融塑料與模穴接觸立即形成皮層。二氧化碳的作用就在延遲皮層的形成，以便在保壓時提高模具表面的磚寫性。 五 、微泡發泡體 於熔融塑料中添加各種發泡劑，再發泡射出成型而得的發泡體，有輕量化、剛性高、殘留應變低的優點，在大型成型品或偏肉成型的製品常被採用。 近年來，以超臨界流體的二氧化碳為發泡劑可製得泡徑0.01l00m的微泡體(micro cellular foam MCF)，因而受到注目。此技術由MIT開發出來，在日本由JSW公司取得銷售權。 發泡體依泡徑不同可分為MCF(ll0m)、Super MCF(0.1lm)及Ultra MCF(0.010.lm)，但目前仍以MCF居多。MCF單位重量的比強度增加，這是因為泡壁延伸產生的分子配向效果，且泡內有微量氣壓之故。微泡本身也有防止龜裂發生的作用。 六 、模內加飾成型 UBE公司及良Battenfeld公司均有模內加飾成型(In Mold Coating)的技術，這是以一般方法射出成型，模穴冷卻後，降低鎖模力，並將液狀塗料注入模具，然後再施加鎖模力。關鍵技術在於塗料的特殊配方及多段鎖模的控制。 七 、三明治射出成型 三明治射出成型(SW成型)在1970年便已實用化，後經多次改良，因此相關研究很多，通常是以回收塑料或發泡塑料為芯材，製成質輕、價廉的成型品。 從SW成型可衍生出其它相關技術(圖7)。SW成型是對模穴依序注入二次材料，依二次射出材料的粘度不同，而可區分為三明治成型、液體輔助成型、寡聚體輔助成型、氣體輔助射出成型等(圖8)。 7-1氣體輔助射出成型 氣體輔助射出成型(Gas Assisted Injection Molding, GAIM)是在熔融塑料中壓入高壓氣體的成型法。近10餘年來在許多應用上均被採用，並迅速普及化。GAIM的主要特徵為成型品的偏肉設計、成型品尺寸精度、成型品中空設計、流動支援及低壓成型等。 GAlM可依射出塑料量與注入位置不同，而有圓9所示的多種方法，這些方法均有應用。最近更開發出以冷卻氣體注入，以縮短成型週期的冷卻氣體GAIM法。目前-30GAlM可依射出塑料量與注入位置不同，而有(圖9)所示的多種方法，這些方法均有應用。最近更開發出以冷卻氣體注入，以縮短成型週期的冷卻氣體GAIM法。目前-30。C的氮氣已實用化，若用-150。C的氮氣，成型週期更可縮短40%。的氮氣已實用化，若用-150。C的氮氣，成型週期更可縮短40%。 7-2 External Gas Injection GAIM是將氣體壓入塑料內部，此法則是將氣體壓入模具內熔融塑料與內側模壁間，使熔融塑料押向外側的壁面，而可獲得亮麗外觀，成型作業的概念如(圖10)所示。 此法用於易凹陷、翹曲的偏肉成型品，可抑制其異常的發生，又可省略氣體通路的設計。 7-3液體輔助射出成型 液體輔助射出成型法是將液體壓入熔融塑料內部的成型法。在GAIM開發之初，即檢討過氣體與液體的比較，最近又再度受到重視。 Hettinga Technologies公司的HELGA(Hettinga Liquid Gas Assist)已實用化。以水為液體的水輔助射出成型(WIT)也由IKV公司開發出來，用於管狀製品的成型。 WIT成型過程如(圖11)所示，熔融塑料內部壓