如何应用奈米材料于塑料射出成型

1、如何应用奈米材料于塑料射出成型,塑料粒到塑料制品中间需经过软化、熔融、混练、赋形、固化等过程，注塑机为塑料成型的特性建造一条融胶通道，其包含的机构零件有: 螺杆过胶头(三套件)料管头法兰射嘴灌嘴 冷流道 浇口 模穴 热流板热浇道,融胶通道上的机构零件都是由金属制成，传统金属零件使用在射出机上有导热不良、摩擦阻力大及沾粘等缺陷，也是正因为这些缺陷使注塑变得不稳定，各塑料射出厂应用各种周边辅机，研究各式的工艺调校，无非是想使融胶通道变的通畅稳定。 二十世纪末奈米陶瓷材料问世后，各国科研单位无不积极将其导入传统工业用途，奈米材料与传统材料结合后材料的特性得到改变，这种新材料统称为“超限材料”，“超限

2、”的定意是新材料的物理特性已不受传统物理公式束缚。 汇整传统融胶信道上各零件因传统材料限制对射出成型动作的阻碍及改变成超限材料后的提升情况:,螺杆是使胶粒转变成融胶的一个关键零件，它的功能有软化、压缩、混练、计量。塑化能力是螺杆一项重要的指标，但传统钢材受限于摩擦系数，塑化能力一直不能有很好的表现。将奈米技术导入运用在螺杆，使螺杆及炮筒表面形成低沾粘且低摩擦的奈米表面，此时螺杆可以使用更高的速度旋转储料且不会因摩擦力增加而使料筒升温，对塑化能力的提升莫此为甚。而抗沾粘的能力可以使螺杆及炮筒表面不会被塑料分解产生的低分子量聚合物附着于表面，进而分解碳化造成射出成品产生黑点。 PS:螺杆及炮筒表面

3、奈米化后表面沾粘指数大幅降低，但塑料的混色需靠螺杆及炮筒表面的沾粘拉扯来进行，奈米化后混色能力会下降，且下料口段太过光滑会造成塑料粒入料困难。,一、螺杆,塑料在螺杆上的移动属于轴向移动，到了过胶头胶流的运动转变成径向，目的是要使原料混练及混色更完全，扭力与剪切力到这边达到最大值，高剪切力使低分子量聚合物特别容易附着在过胶头上，是塑件黑点最主要来源。 将奈米陶瓷与过胶头(三套件)结合可使其表面转变成低沾粘且低摩擦的奈米表面，过胶头与融胶的混练摩擦力减至最小，由系统压力表可看出储料压力降低，减少高扭力对螺杆的伤害，塑料碳化的情形也可大幅减少。,二、过胶头(三套件),料管头法兰的作用不只用来固定射嘴

4、，它的锥形流道是用来为混乱结晶融胶作结晶重排及初步密度提升，融胶在过胶头混练后结晶异常混乱，若未将结晶稍做排列直接通过射嘴射胶，融胶的结晶将更混乱，塑件成形后要释放更多的应力及更大的结晶潜热。 将奈米陶瓷与料管头法兰结合，可减少螺杆旋转时塑料对料管头法兰内壁的沾黏，降低螺杆扭力，并避免低分子量聚合物在此处沾黏，降低锥形流道在压缩时的摩擦阻力。,三、料管头法兰,射嘴是融胶通道上构造最简单结晶机构最为复杂的一个零件，因为它的复杂使它的操控性变得困难，一般操作员对射嘴的了解是它会产生冷胶，也因为有冷胶我们对射嘴的改质则注重其导热性能，奈米钻石颗粒的热超导性及超低摩擦性能是我们使用在射嘴上的主要材料，

5、改质后射嘴产生的问题得到以下的提升:,四、射嘴,1、导热性能: 金属是热的不良导体，射嘴内部温度高达200多度，与模具接触面的温度不 到100，两端温差高达100-200，模具内部在射料完成后冷却结晶，射 嘴前端与模具接触部份会因成品结晶完成后，继续向射嘴内部冷却形成大面积冷胶料，冷却时间越长,冷胶料产生的面积就越大，成品冷却完成继续开模动作，开模时冷料骨尾端会把相黏的冷胶料拉出，但如果冷胶料的面积过大，则部份冷胶料会被射嘴内部金属面黏住，而断裂留在射嘴内部，在下一次射出时残留的冷胶料会被推挤向前，射嘴内残留冷胶料量少时进入竖胶道若没有全部停留在竖胶道内而进入成品穴，则成品会出现冷料纹,严重的

6、还会出现短射，射嘴内残留冷胶料量多时,则会堵住射嘴口而形成无法射出，此时必须停机、退座、使用喷灯将射嘴口附近烤热才能再次射出，一台射出机常常一天内就会发生数次冷胶料堵注射出嘴口的状况，影响产能.良率甚巨。一般有经验的射出师傅为防止冷胶料堵住射嘴口，往往会将射嘴段温度升高，但即使升高射嘴段温度,冷胶料还是会发生，且过高的射嘴段料温会使热胶料超过正常料温进入模穴，严重的瓦斯气体、塑料焦化因此产生，更容易引起因温差而产生的应力集中。奈米热超导射嘴内部具有一层高导热的复合钻石薄膜,射嘴前端被模具吸走热量后，薄膜立即补充损失的热度，此一效应使薄膜内璧范围内不致产生大面积冷胶料，唯一会产生冷胶料的地方只有

7、射嘴出口与灌嘴相连接的中间位置，此处的冷胶料在开模时会被料骨完全拉出，由于每模的冷胶料在开模时都会被完全拉出，料管与射嘴温度回归正常温控，射压及射速回到模具真正的需求值。冷料痕、硬料堵嘴、硬料短射等情况能得到良好的改善，甚至成型过程许多因冷胶引起的成品缺陷也能迎刃而解。,2、低摩擦低沾粘: 沾粘使融胶的流动形成中间快两侧慢的曲线流，改成奈米热超导射嘴后热超导性能使两侧温度与中间温度拉近，胶流形成塞形流，流量多了1.4倍。 红外线测试融胶射出温度 普通射嘴 中间熔体流动比两侧快两陪 热超导射嘴 速度平均 温度平均 接近最理想塞形流体情况,3、低结晶破坏: 融胶进入射嘴时结晶在螺杆及过胶头时已受严

8、重的破坏，传统射嘴原料储存在射嘴内部时若射嘴段温度又设定太高，融胶在射嘴内部劣解，结晶更进一步受到破坏。奈米热超导射嘴的射嘴内部含有大量的奈米钻石颗粒，在融胶通过射嘴时奈米颗粒主动供给结晶重排所需要的电子，融胶得以调整成一个稳定结晶形态再射入模穴，有助成形后应力的释放及变形缩水量的减少。,传统灌嘴内部使用抛光降低沾粘性，但塑料的酸性及摩擦很快的这一层抛光层就被破坏，灌嘴内部变粗糙模流变慢沾粘指数升高，胶料前锋进入灌嘴部份已初步结晶的冷胶料在进入灌口处若遇沾粘将进一步结晶，灌口处结晶度升高将阻碍后到胶料的流动性，轻微的只要加大射压就能充满模穴，严重的甚至造成短。但加大射压对竖胶道脱离灌嘴会有一定

9、程度的影响，有时还会扯断胶道，造成操作员的困扰。使用奈米陶瓷涂布在灌嘴内部在射料时塑料前锋会快速通过灌嘴口，若有冷胶料也不致在入口处沾粘结晶，会快速通过嘴口进入冷料井。整个射料过程不需特别提高射压，射满模穴后竖胶道未承受过大的挤压力，在离型时奈米陶瓷的抗沾性也会帮助竖胶道轻易脱离灌嘴不致被拉断，对产能提升有直接的帮助。,五、灌嘴,传统金属的沾粘使融胶在流道内的流动成曲线流，就是流道中间流速较快两侧较慢，曲线流的缺点是流道温度越低，单位时间通过的融胶量就越少，就是所谓的模流不良。流道经过奈米处理后流道内的模流转变成柱塞流，流道中间流速与两侧相差不大，柱塞流的特点是流道具体低温高速模流。,六、冷流

10、道及热流板,很多人认为热浇道不会产生冷胶，但是热浇道模具的成品还是出现冷胶的现象，于是就在热射嘴头套上保温帽，保温帽是高分子材质，经过热胀冷缩后很容易破损漏料，拆换极其费时。在热浇道及热射嘴附着奈米钻石，藉由奈米钻石的热超导特性可保持热射嘴口不会堆积冷胶块，不用加装保温帽亦可确保射胶顺畅。,七、热浇道,现在模具的设计不管是反潜浇口还是平浇口，为使成品美观，无不缩小浇口的尺寸，小浇口在模流分析的时候都能平均进胶，一但有瓦斯气体沾住浇口或是融胶在浇口处产生沾粘成型立刻出现问题。浇口经过奈米处理后表面产生抗沾，瓦斯气体也不容易在浇口处附着，胶流也可平稳前进。,八、浇口,模穴是融胶的最后目的地，各注塑

11、单位无不挖空心思力求模穴内部的模流达到最大值，但是不管如何最终金属的表面特性还是无法突破。将模穴加以奈米处理后公模及母模的表面特性会产生以下改变: 1、母模:母模是成品的外观面不允许有瑕疵存在，改质后的母模具有模流顺畅、瓦斯不沾、排气完全、蚀刻花纹保存长久、毛边容易消除等特性。 2、公模:公模多为补强肋筋、固定孔位，模流的行程较长，改质后的公模具有模流顺畅、充模容易、出模不沾等特性。 经过奈米处理的模穴其生产的产品内部应力小、成品不易翘曲、生产周期缩短、不良率大幅减少、并可达到减用脱模剂的环保要求。,九、模穴,平均击断能量: 100%ABS使用普通螺杆及射嘴 2.65 J 100%ABS使用奈

12、米融胶设备注塑 2.68 J 30%回收料+70%ABS使用普通螺杆及射嘴 2.40 J 30%回收料+70%ABS使用奈米融胶设备注塑 2.65 J,十、成品物性试验: 奈米融胶通道物性实验(一)ABS 撞击测试结果: Break Engry击断能量 (J),奈米融胶通道物性实验(二)ABS 拉力测试结果: Yield Stress变形点(MPa),平均变形点: 100%ABS使用普通螺杆及射嘴 60.14 MPa 100%ABS使用奈米融胶设备注塑 62.16 MPa 30%回收料+70%ABS使用普通螺杆及射嘴 57.70 MPa 30%回收料+70%ABS使用奈米融胶设备注塑 61.9

13、8 MPa,塑料模具使用奈米陶瓷镀膜后产生的差异,TPU、TPR 软性塑料具有高沾粘性成型时必须在模穴停留较长的冷却时间,使成品结晶待粘性减低时方可开模.经过改质模具具有抗沾性,因此可大幅缩短冷却时间减少黏模性,避免成品在开模时因黏模拉扯变形而造成不良品.软性塑料在使用表面改质技术后对产能的提升方面具有惊人的成果 PP、PE PP、PE为最常用的树脂原料,一般为提升产能及兼顾流动性,都会升高料筒温度并使用冰水冷却模具,如此一来成品潜藏大量应力,并会在塑料流动方向留下明显流痕.经过模具改质处理后料筒温度可降低10C至30C模具尚保持比先前更高的模流速度,并且绞牙、拔心、顶出、开模压力都可见到明显

14、的降低,在成品面上先前明显可见的温度流痕将大幅减少甚至消失. ABS ABS为工程塑料,其流动性不若PP,PE,且在射出过程中容易产生高黏瓦斯气粘着于部分模具上形成包风不良品.经过模具改质处理后料筒温度亦可降低,先前所提的包风现象可大幅降低甚至消失,成品变形率也会有效的改善.,塑料模具使用奈米陶瓷镀膜后产生的差异,、PMMA(压克力)、PC PMMA(压克力)与PC是流动性极差的高温熔融树脂,熔融状态对模穴具有高沾粘性,尤其是厚质的压克力制品,在保压数分钟后成品紧黏贴在模穴内无法取出.经过模具表面改质处理后连熔融状态树脂也无法沾粘于模穴上,成品外观也因塑料流动性提升比处理前成品亮洁,部分成品(饰品)需要将成品在未固化前取出模穴,本技术都能满足客户的需求. PVC(硬质、软质) PVC塑料由于会释放出强酸性盐酸气体,一直是模具的主要杀手,业界为防止模具被腐蚀甚至使用全不锈钢材料制做模具,在现在这个钢铁材料价格高涨的时代,降低模具材料成本变成非常重要的课题.经过模具表面改质处理后模材具有防锈抗蚀性,能抵抗塑料释放出来的强酸性盐酸气体,塑料的流动性与离模性也因表面处理而大幅提升. PA(尼龙)、POM PA、POM是最容易产生瓦斯气体的塑料,其沾粘性也是塑料材料中比较高的,一般情况下操作员会提高料管温度以求充模完整,