注塑培训Duranex成形技术.doc

Duranex成形技术Duranex成形技术绪言 Duranex在化学上叫做PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酯），是一种结晶性塑料。它由下列品级构成。(1)由玻璃纤维增强的品级、由无机充填材料复合的品级、以及非增强品级。(2)助燃性品级和难燃性品级。作为工业材料，由于非增强品级的负荷松弛温度不高，许多成型品都由增强品级制作。因此，解决成型时变形问题的对策成为注射成型中最重要的技术之一。对于变形问题有成型品形状设计、模具设计和品级选择等对策，这里对前二者进行说明。另外，由于Duranex具有酯键，成型时有水解劣化的问题，关键是要做好有关项目的管理，如：成型时粒料中的吸水量、树脂温度及其在料筒内的滞留时间等。在一般的模具设计中，Duranex与夺钢有一些共同之处，请一并参照“夺钢的成型技术”。 成型条件1.1标准条件预备干燥：120,5小时：140,3小时机筒温度：250270 模具温度：4080保压：60100Mpa（6001000kg/cm2）冷却时间：塑化时间 或顶出时间螺杆旋转数：100150rpm成型加工特性2.1流动性在生产管理方面由于熔融指数较为方便而广为使用，但材料的基本流动性是熔融粘度特性。然而，作为注射成型中实用的流动性，螺旋流动性L/t（流动长度/厚度）更为有用。2.1.1熔融粘度特性用高化式流动试验仪测定的、3300的剪切应力和剪切速度的关系如图2-1所示。这一关系是设计流道和研究模腔内流动情况所用的基本数据。同时，图2-2还表示了2000、3300的熔融粘度与温度间的关系。由于3300的熔融粘度与夺钢M90基本相同，可以说，作为含30%玻璃纤维的增强材料具有良好的流动性。 2.1.2螺旋流动性模腔内流动是不等温流动，因而只用前面的等温流动数据不能进行正确的评价。并且，用上述测定设备再现相当于注射成型中的压力和注射率的剪切速度等，一般而言是比较困难的。所以，目前人们用注射成型机进行螺旋流动试验。螺旋模腔有各种形状，这里使用棒状流动试验模具。作为一个实例，图2-3表示了3300棒状流动长度与成型条件的相关性，图2-4表示了流动性还因纤维量的不同而变化。例如：含30%玻璃纤维时的值约为主体树脂的60%。 流动性的另一个汇总方法是L/t（流动长度/厚度）。3300的L/t如图2-5所示。从中可见：厚度0.5mm时，可在注射压力127MPa（1300kgf/cm2）下流动约40mm，所以，如果考虑了浇口设计，即使是相当薄的成型品，也有可能进行成型。 2.2收缩特性2.2.1成型收缩率Duranex是结晶性塑料，具有比容积对温度的相关性曲线，见图2-6。因此，非增强品级的成型收缩率相当大，如图2-7所示。另一方面，如图2-8所例示：用玻璃纤维增强时，由于树脂在腔内的流动，使玻璃纤维沿流动方向取向，从而成型收缩率减小，产生收缩率的异向性。由于异向性相当大，导致成型时产生变形问题。在变形对策方面，可以说重要的就是对成型品形状及浇口的设计。成型收缩率一般受成型条件所影响，见图2-92-14所例示。 .2收缩特性2.2.2后收缩成型品的尺寸变化因其使用条件，即成型应变的缓和、结晶化的进行和吸湿吸水的热膨胀等情况而异，我们要充分掌握这些情况，采取相应的尺寸稳定化对策。图2-15、图2-16列举了因回火温度而产生后收缩的一个实例。从中可见：处理温度升高，则后收缩率增大，而且，流动方向的横向垂直方向大于流动方向的后收缩率。 另外，如图2-17所示：成型时，模具温度越低，则后收缩率越大。同时如图2-18所示：成型品厚度越薄，则后收缩率越大。可以说两者皆为：流动方向的横向垂直方向大于流动方向的后收缩率。 为了尺寸稳定化是否需要回火，这取决于该部件的使用条件。前面的数据有助于后收缩率的推断2.2收缩特性2.2.3回火成型品的使用温度高时，需要相当高的回火温度。例如从图2-21和图2-22可以看出：在120下长时间使用时，为了使其几乎不发生后收缩，需要1753小时回火、或1901小时回火。2成型加工特性2.2收缩特性2.2.4因吸水而引起的尺寸变化如图2-23所示，Duranex是一种吸湿、吸水少的塑料，所以，因此而引起的尺寸变化也小。吸水率与尺寸变化率的关系见图2-24。由于Duranex是一种易水解材料，不能用作热水中使用的部件。如果避免了这一点，则因吸湿、吸水而引起的尺寸变化一般不会成为问题。成型品品质3.1尺寸公差2000和2002的尺寸公差如图3-1所示。在精密级成型中，25mm时的公差为0.3%；50 mm时的公差为0.2%；125mm时的公差为0.13%；在此范围，可以说与夺钢的尺寸公差基本相同。 用3300的1201203mm平板对尺寸波动的测定结果为：日内波动（3）：0.0380.059%短期日波动（3）：0.12%用类似试验对夺钢的测定结果分别是0.0270.059%、0.0480.094%，所以，3300的尺寸波动可认为与夺钢相同或比夺钢稍大。 3成型品品质3.2变形成型品各部分收缩不均时，则产生不均匀的成型应变，这就是变形的主要原因。换言之，如果成型品收缩均匀，就不会发生变形。导致成型收缩不均的主要原因可有以下3点。在Duranex增强品级中，最重要的原因就是收缩率对于流动方向的异向性。I)成型品厚度不均II)模具温度、模腔内压的不均III)因流动方向而产生的收缩率异向性3.2.1形状设计与变形由于形状对变形的影响非常大，因此可以说，重要的是要在不损害性能的范围内，尽量选择变形小的形状。下面列举了有代表性形状的成型品的变形倾向。 （a）原板形成型品正圆度：直径60 mm、厚度0.15mm以下为一个大致标准。直径在该值以下时，正圆度与直径几乎成正比。面跳动：直径60 mm、厚度0.3mm以下为一个大致标准。与直径的关系同上。 （b）箱形成型品3300的跨度与内翘的关系如图3-2所示。虽然波动较大，但可以推定基本的内翘量。 通过浇口设计也可以减少内翘。如表3-1所示：从中心开始的点浇口比侧浇口好，并且模心的水冷也比较有效。例如：通过水冷，2000和2002可降低到未水冷的2030%；玻璃纤维增强型可降低到未水冷的约60%的内翘。 表3-1 浇口与箱形成型品的内翘（单位：mm）品级侧浇口点浇口20000.910.6520020.900.6931051.200.7232001.150.9433001.180.9934001.090.926300B0.800.657400W1.050.80注1）箱：80L40W20H2 T注2）侧浇口：5 W3mm T注3）模具温度60，点浇口1 mm（c）L形成型品L形成型品的倾倒变形和断面形状的关系如表3-2所示。妨觉最有效的方法就是设置形状那样的三角加强筋。 表3-2 L形成型品的倾倒角度（度） 模具温度（）品级断面形状3033002.52.52.52.53.02.52.508033003.03.03.03.0-3.03.00成型条件：参照1.1如果设置直角部分的内、外模具温度差，则对2000、2002及6300B品级有效果，见表3-3。玻璃纤维增强品级时，倾倒角因浇口位置而异。如表3-4所示：与以往浇口加在前端部分相比，加在拐角部分有时倾倒角度减小。 表3-3拐角部分的冷却对L形成型品倾倒变形的效果 （单位：度）品级均匀温调模具拐角内侧水冷20001.90.520022.70.733003.32.76300B2.20.77400W3.62.8表3-4 浇口位置与L形成型品的倾倒变形（单位：度）（单位：度）品级尖端部浇口拐角部浇口20002.12.820022.43.031053.91.732004.11.733003.21.634003.11.46300B1.92.17400W3.21.8（d）带加强筋平板提高平板刚性有设置加强筋的方法。但是，因加强筋设置方法的不同会使变形增大。见表3-5中的示例。两侧对称有加强筋的形状与平板形状的变形程度相同，但是，只单侧有加强筋的形状则在加强筋侧发生相当大的凸起翘曲。这些结果反过来可用于翘曲矫正方面的形状变更。 表3-5 带加强筋平板的“翘曲” （单位：mm） 模具温度（）品级断面形状3033000.040.070.440.400.50 0.048033000.070.090.500.640.700.07符号：将有加强筋一侧（或加强筋较高一侧）的凸起设为+、凹陷设为-。3.2.2 浇口设计与变形例3圆形成型品（阀）No.1上盖及下盖（3300）：（详见简图）（单位：mm）浇口数1点2点3点上盖d l 正圆度0.07 0.180.05A面的面跳动0.180.160.08A面法兰的倾倒（H）0.220.260.14下盖d 2 正圆度0.140.270.10B面的面跳动0.280.450.21例3的成型品简图1）上盖 浇口位于正三角形的顶点。平均厚度约2mm2）下盖 浇口位于等腰三角形的顶点。平均厚度约2mm。3.2.3 成型条件与变形在成型条件中对变形影响大的是模具温度、模腔内压（浇口尺寸、充填速度、保压时间等）和冷却时间等。 （a）模具温度作为示例，表3-6列出了3300圆形成型品的结果。从中可以看到这种倾向：模具温度越低，正圆度和面跳动就越好。 表3-6模具温度对3300圆形成型品（阀）的正圆度和面跳动的影响 阀种类*模具温度（）直径（mm）正圆度（mm）面跳动（mm）浇口No.245 - 48590.140.264点60 - 650.150.27No.340 - 5045.30070.111点50 - 700.120.14No.440 - 50620.100.111点50 - 600.100.16No.545 - 55610.110.244点60 - 680.130.26No.640630.160.213点700.240.32（b）注射、保压时间以中央1个点浇口对直径120mm、厚度2mm的圆板进行成型时，注射、保压时间与面跳动的关系如图3-3所示。从中可见，注射、保压时间比浇口封闭时间短时，变形量非常大。这一点在成型周期设计时非常重要 （c）注射速度虽然注射速度对变形的影响不是很大，但是注射速度快，则趋向于变形小。表3-7列出了一个实例。 表3-7 注射速度对3300叶轮的正圆度和面跳动的影响注射速度(mm/sec) 注射压力MPa (kgf/cm2)正圆度(mm) 面跳动(mm) 398 (1,000)0.200.65898 (1,000)0.140.581768 ( 700)0.140.658068 ( 700)0.110.63成型条件：参照表1-2No.33成型品品质3.3再生利用表3-8列出了Duranex3300进行100%再生、反复成型时的物性变化数据。从中可以看出：虽然对玻璃纤维增强品级进行反复再生时会发生物性下降，但在非增强品级中不存在这种问题。图3-4中求出了两者的溶液粘度（固有粘度）与再生次数的关系。即：两者均看不到因反复成型所造成的劣化。另一方面，如表3-8、图3-5所示：玻璃纤维长度随着再生次数的增多而变短，这说明物性随着再生次数所发生的变化，不是主体树脂劣化的缘故、而是由于玻璃纤维的折断所造成的。表3-8 100%再生品的再生次数与物性的关系 品级3300再生次数012345拉伸强度保持率（%）1009286807571弯曲强度保持率（%）1009389777772弯曲弹性保持率（%）1009794787369带缺口埃左氏冲击强度保持率（%）1008880675753玻璃纤维长度* (mm)0.380.300.290.270.280.21* 粒料为0.52 mm 因此，对于直浇口、流道的重复使用，原则上最多在75%的新粒料中混合25%的再生品。表3-9列出了在75%新粒料中混合一次25%再生品的物性，可见这种再生的使用几乎没有物性变化。混合多次再生品时，如表3-10所示：由于3次以上再生品的混合比例小，所以，如果注意100%再生2次以前的物性变化，则实际使用上不会有问题。不过，前提是要管理好成型条件，以免成型时发生劣化（热劣化、水解）。 表3-9 加入3300再生品的影响 物性组成只新粒料新粒料75%1次再生品25% 拉伸强度保持率（%）10097带缺口埃左氏冲击强度保持率（%）10095拉伸冲击强度保持率（%）10097负荷松弛温度(1.82MPa, 18.6kgf/cm2)保持率(%)100100表3-10 将25%再生品混入新粒料时的混合品组成 反复再生次数新粒料(%)再生1次品(%)再生2次品(%)再生3次品(%)再生4次品(%)再生5次品(%)1次75252次7518.86.23次7518.84.71.54次7518.84.71.20.45次7518.84.71.20.40.1模具设计模具设计要分为成型品的形状设计和模具的结构设计来进行研究。形状设计时，必须掌握成型品所要求的品质如何：I）有外观上问题的地方在哪里?）尺寸公差有多大?）变形的容许范围是多少?）空洞会成为什么程度的问题?V）成型品要求哪些物性（如：强度等造成装配和使用上问题的物性）?根据上述几个方面，对形状以及对浇口与流道的设计、模具温调方式进行研究。Duranex中有许多是玻璃纤维等的复合品级，特别存在着成型品变形的问题。关于变形问题的对策，我们另行详细叙述。 4.1流道设计虽然理想的流道设计应该使熔融树脂的冷却尽可能的少、压力损失尽可能的低，但是，这样会导致流道占成型品的重量比例增大，或造成流道的冷却成型周期延长，因而是不经济的。为此，在容许的范围内注意进行细小流道的设计才是适宜的。在流道设计时，可借鉴本公司产品目录中“夺钢的“流道简易设计图”，以避免大的失误。流道断面形状以圆形为最佳，但是，在必须兼顾固定模具和移动模具这一点上是不利的。所以，一般常采用梯形流道。在此我们向大家推荐如下一般尺寸：上底长 =（0.60.7）（下底长）深上底长Duranex也可以用热流道成型，但是，必须注意以下几点： I）对于玻璃纤维增强品级，要注意材质研究，以免热芯片、岐管发生磨耗。 ）由于在岐管、热芯片内的树脂滞留，要注意研究因此而发生的变色和劣化。 此外如果再注意热流道设计中的一般注意事项，则不会有问题。 4.2浇口设计如表4-1所示，由于Duranex的浇口封闭时间比夺钢短，在成型周期方面是有利的。但另一方面，由于成型条件导致模腔压力降低，产生变形等问题，可以说Duranex的浇口以比夺钢大为宜。浇口设计时，须考虑以下几点： I）浇口类型：要根据成型品品质、生产率、自动化等因素考虑决定。）浇口位置及浇口数量：对变形、成型品强度（在复合品级中特别是熔合纹强度）、外观等有影响。特别是对于变形问题来说，浇口位置及浇口数量是其解决对策之一。）浇口大小：作为一般原则，浇口厚度为成型品厚度的6070%。表4-1 Duranex、夺钢的浇口封闭时间（以点浇口为例） 模具温度（）试片厚度（mm）浇口直径（mm）浇口封闭时间（s）Duranex夺钢200033003390M90GH-25401.00.52.21.61.43.42.81.02.21.61.43.42.82.01.06.84.23.08.66.21.57.04.63.49.06.43.01.510.66.64.613.810.62.010.86.85.215.811.2601.00.52.61.81.63.82.81.02.61.81.63.82.82.01.07.04.23.29.87.01.57.24.63.810.67.83.01.510.86.85.016.612.82.011.47.25.618.212.8801.00.52.82.21.84.23.41.02.82.21.84.23.42.01.07.24.43.611.87.81.57.44.84.012.69.03.01.511.07.65.419.215.82.011.47.86.020.616.84.3排气口Duranex如果排气口设计不良，则有时会因气体烧焦而变黑，造成外观问题。前面说过，为了使表面光泽良好，一般经常实行高速注射。但是，必须对排气口进行充分考虑。如果是从分型线赶出气体的结构时，如图4-1所示，要使之从整个成型品的外周排气才更有效果。出口部分的深度为0.02mm以下。4.4根切原则上要设计成没有根切的形状，但如果是以弹性配合方式装配，则可以有根切。下表列出了弹性配合的余量，这种大的根切不能强硬脱模，在3300中最高约为0.5%。 玻璃纤维量弹性配合余量0%67%15%34%30%23%4.5脱模斜度由于复合品级的成型收缩率小，所以在容许范围内，要尽可能大地增加斜度。建议大家至少取1/21的斜度。为了顺利脱模，还必须对脱模方式、顶出杆的位置