如何應(yīng)用奈米材料於塑膠射出成型

1、如何應(yīng)用奈米材料於塑膠射出成型,塑膠粒到塑膠製品中間需經(jīng)過(guò)軟化、熔融、混練、賦形、固化等過(guò)程，注塑機(jī)為塑膠成型的特性建造一條融膠通道，其包含的機(jī)構(gòu)零件有: 　螺桿→過(guò)膠頭(三套件)→料管頭法蘭→射嘴→灌嘴→　→ 冷流道 → 澆口 →模穴　↓

2、 ↑　→熱流板→熱澆道→,融膠通道上的機(jī)構(gòu)零件都是由金屬製成，傳統(tǒng)金屬零件使用在射出機(jī)上有導(dǎo)熱不良、摩擦阻力大及沾粘等缺陷，也是正因?yàn)檫@些缺陷使注塑變得不穩(wěn)定，各塑膠射出廠應(yīng)用各種周邊輔機(jī)，研究各式的工藝調(diào)校，無(wú)非是想使融膠通道變的通暢穩(wěn)定。 二十世紀(jì)末奈米陶瓷材料問(wèn)世後，各國(guó)科研單位無(wú)不積極將其導(dǎo)入傳統(tǒng)工業(yè)用途，奈米材料與傳統(tǒng)材料結(jié)合後材料的特性得到改變，這種新材料統(tǒng)稱為“超限材料”，“超限”的定意是新材料的物理特性已不

3、受傳統(tǒng)物理公式束縛。 匯整傳統(tǒng)融膠通道上各零件因傳統(tǒng)材料限制對(duì)射出成型動(dòng)作的阻礙及改變成超限材料後的提升情況:,螺桿是使膠粒轉(zhuǎn)變成融膠的一個(gè)關(guān)鍵零件，它的功能有軟化、壓縮、混練、計(jì)量。塑化能力是螺桿一項(xiàng)重要的指標(biāo)，但傳統(tǒng)鋼材受限於摩擦系數(shù)，塑化能力一直不能有很好的表現(xiàn)。將奈米技術(shù)導(dǎo)入運(yùn)用在螺桿，使螺桿及砲筒表面形成低沾粘且低摩擦的奈米表面，此時(shí)螺桿可以使用更高的速度旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)料且不會(huì)因摩擦力增加而使料筒升溫，對(duì)塑化能力的提升莫此為甚

4、。而抗沾粘的能力可以使螺桿及砲筒表面不會(huì)被塑料分解產(chǎn)生的低分子量聚合物附著於表面，進(jìn)而分解碳化造成射出成品產(chǎn)生黑點(diǎn)。PS:螺桿及砲筒表面奈米化後表面沾粘指數(shù)大幅降低，但塑料的混色需靠螺桿及砲筒表面的沾粘拉扯來(lái)進(jìn)行，奈米化後混色能力會(huì)下降，且下料口段太過(guò)光滑會(huì)造成塑膠粒入料困難。,一、螺桿,塑料在螺桿上的移動(dòng)屬於軸向移動(dòng)，到了過(guò)膠頭膠流的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成徑向，目的是要使原料混練及混色更完全，扭力與剪切力到這邊達(dá)到最大值，高剪切力使低分子量聚

5、合物特別容易附著在過(guò)膠頭上，是塑件黑點(diǎn)最主要來(lái)源。將奈米陶瓷與過(guò)膠頭(三套件)結(jié)合可使其表面轉(zhuǎn)變成低沾粘且低摩擦的奈米表面，過(guò)膠頭與融膠的混練摩擦力減至最小，由系統(tǒng)壓力表可看出儲(chǔ)料壓力降低，減少高扭力對(duì)螺桿的傷害，塑料碳化的情形也可大幅減少。,二、過(guò)膠頭(三套件),料管頭法蘭的作用不只用來(lái)固定射嘴，它的錐形流道是用來(lái)為混亂結(jié)晶融膠作結(jié)晶重排及初步密度提升，融膠在過(guò)膠頭混練後結(jié)晶異?；靵y，若未將結(jié)晶稍做排列直接通過(guò)射嘴射膠，融膠的結(jié)晶將

6、更混亂，塑件成形後要釋放更多的應(yīng)力及更大的結(jié)晶潛熱。 將奈米陶瓷與料管頭法蘭結(jié)合，可減少螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)塑料對(duì)料管頭法蘭內(nèi)壁的沾黏，降低螺桿扭力，並避免低分子量聚合物在此處沾黏，降低錐形流道在壓縮時(shí)的摩擦阻力。,三、料管頭法蘭,射嘴是融膠通道上構(gòu)造最簡(jiǎn)單結(jié)晶機(jī)構(gòu)最為複雜的一個(gè)零件，因?yàn)樗难}雜使它的操控性變得困難，一般操作員對(duì)射嘴的了解是它會(huì)產(chǎn)生冷膠，也因?yàn)橛欣淠z我們對(duì)射嘴的改質(zhì)則注重其導(dǎo)熱性能，奈米鑽石顆粒的熱超導(dǎo)性及超低摩擦性

7、能是我們使用在射嘴上的主要材料，改質(zhì)後射嘴產(chǎn)生的問(wèn)題得到以下的提升:,四、射嘴,1、導(dǎo)熱性能: 金屬是熱的不良導(dǎo)體，射嘴內(nèi)部溫度高達(dá)200多度，與模具接觸面的溫度不 到100℃，兩端溫差高達(dá)100-200℃，模具內(nèi)部在射料完成後冷卻結(jié)晶，射 嘴前端與模具接觸部份會(huì)因成品結(jié)晶完成後，繼續(xù)向射嘴內(nèi)部冷卻形成大面積冷膠料，冷卻時(shí)間越長(zhǎng),冷膠料產(chǎn)生的面積就越大，成品冷卻完成繼續(xù)開模動(dòng)作，開模時(shí)冷料骨尾端會(huì)把相黏的冷膠料拉出，但如果冷膠料

8、的面積過(guò)大，則部份冷膠料會(huì)被射嘴內(nèi)部金屬面黏住，而斷裂留在射嘴內(nèi)部，在下一次射出時(shí)殘留的冷膠料會(huì)被推擠向前，射嘴內(nèi)殘留冷膠料量少時(shí)進(jìn)入豎膠道若沒有全部停留在豎膠道內(nèi)而進(jìn)入成品穴，則成品會(huì)出現(xiàn)冷料紋,嚴(yán)重的還會(huì)出現(xiàn)短射，射嘴內(nèi)殘留冷膠料量多時(shí),則會(huì)堵住射嘴口而形成無(wú)法射出，此時(shí)必須停機(jī)、退座、使用噴燈將射嘴口附近烤熱才能再次射出，一臺(tái)射出機(jī)常常一天內(nèi)就會(huì)發(fā)生數(shù)次冷膠料堵注射出嘴口的狀況，影響產(chǎn)能.良率甚鉅。一般有經(jīng)驗(yàn)的射出師傅為防止冷膠料

9、堵住射嘴口，往往會(huì)將射嘴段溫度升高，但即使升高射嘴段溫度,冷膠料還是會(huì)發(fā)生，且過(guò)高的射嘴段料溫會(huì)使熱膠料超過(guò)正常料溫進(jìn)入模穴，嚴(yán)重的瓦斯氣體、塑料焦化因此產(chǎn)生，更容易引起因溫差而產(chǎn)生的應(yīng)力集中。奈米熱超導(dǎo)射嘴內(nèi)部具有一層高導(dǎo)熱的複合鑽石薄膜,射嘴前端被模具吸走熱量後，薄膜立即補(bǔ)充損失的熱度，此一效應(yīng)使薄膜內(nèi)璧範(fàn)圍內(nèi)不致產(chǎn)生大面積冷膠料，唯一會(huì)產(chǎn)生冷膠料的地方只有射嘴出口與灌嘴相連接的中間位置，此處的冷膠料在開模時(shí)會(huì)被料骨完全拉出，由於每

10、模的冷膠料在開模時(shí)都會(huì)被完全拉出，料管與射嘴溫度回歸正常溫控，射壓及射速回到模具真正的需求值。冷料痕、硬料堵嘴、硬料短射等情況能得到良好的改善，甚至成型過(guò)程許多因冷膠引起的成品缺陷也能迎刃而解。,2、低摩擦低沾粘: 沾粘使融膠的流動(dòng)形成中間快兩側(cè)慢的曲線流，改成奈米熱超導(dǎo)射嘴後熱超導(dǎo)性能使兩側(cè)溫度與中間溫度拉近，膠流形成塞形流，流量多了1.4倍。 紅外線測(cè)試融膠射出溫度

11、 普通射嘴 —中間熔體流動(dòng)比兩側(cè)快兩陪 熱超導(dǎo)射嘴　　　　　　　　　　　　　　　　 —速度平均 溫

12、度平均 接近最理想塞形流體情況,,,3、低結(jié)晶破壞: 融膠進(jìn)入射嘴時(shí)結(jié)晶在螺桿及過(guò)膠頭時(shí)已受嚴(yán)重的破壞，傳統(tǒng)射嘴原料儲(chǔ)存在射嘴內(nèi)部時(shí)若射嘴段溫度又設(shè)定太高，融膠在射嘴內(nèi)部劣解，結(jié)晶更進(jìn)一步受到破壞。奈米熱超導(dǎo)射嘴的射嘴內(nèi)部含有大量的奈米鑽石顆粒，在融膠通過(guò)射嘴時(shí)奈米顆粒主動(dòng)供給結(jié)晶重排所需要的電子，融膠得以調(diào)整成一個(gè)穩(wěn)定結(jié)晶形態(tài)

13、再射入模穴，有助成形後應(yīng)力的釋放及變形縮水量的減少。,傳統(tǒng)灌嘴內(nèi)部使用拋光降低沾粘性，但塑料的酸性及摩擦很快的這一層拋光層就被破壞，灌嘴內(nèi)部變粗糙模流變慢沾粘指數(shù)升高，膠料前鋒進(jìn)入灌嘴部份已初步結(jié)晶的冷膠料在進(jìn)入灌口處若遇沾粘將進(jìn)一步結(jié)晶，灌口處結(jié)晶度升高將阻礙後到膠料的流動(dòng)性，輕微的只要加大射壓就能充滿模穴，嚴(yán)重的甚至造成短。但加大射壓對(duì)豎膠道脫離灌嘴會(huì)有一定程度的影響，有時(shí)還會(huì)扯斷膠道，造成操作員的困擾。使用奈米陶瓷塗佈在灌嘴內(nèi)部在

14、射料時(shí)塑料前鋒會(huì)快速通過(guò)灌嘴口，若有冷膠料也不致在入口處沾粘結(jié)晶，會(huì)快速通過(guò)嘴口進(jìn)入冷料井。整個(gè)射料過(guò)程不需特別提高射壓，射滿模穴後豎膠道未承受過(guò)大的擠壓力，在離型時(shí)奈米陶瓷的抗沾性也會(huì)幫助豎膠道輕易脫離灌嘴不致被拉斷，對(duì)產(chǎn)能提升有直接的助益。,五、灌嘴,傳統(tǒng)金屬的沾粘使融膠在流道內(nèi)的流動(dòng)成曲線流，就是流道中間流速較快兩側(cè)較慢，曲線流的缺點(diǎn)是流道溫度越低，單位時(shí)間通過(guò)的融膠量就越少，就是所謂的模流不良。流道經(jīng)過(guò)奈米處理後流道內(nèi)的模流轉(zhuǎn)變

15、成柱塞流，流道中間流速與兩側(cè)相差不大，柱塞流的特點(diǎn)是流道具體低溫高速模流。,六、冷流道及熱流板,很多人認(rèn)為熱澆道不會(huì)產(chǎn)生冷膠，但是熱澆道模具的成品還是出現(xiàn)冷膠的現(xiàn)象，於是就在熱射嘴頭套上保溫帽，保溫帽是高分子材質(zhì)，經(jīng)過(guò)熱脹冷縮後很容易破損漏料，拆換極其費(fèi)時(shí)。在熱澆道及熱射嘴附著奈米鑽石，藉由奈米鑽石的熱超導(dǎo)特性可保持熱射嘴口不會(huì)堆積冷膠塊，不用加裝保溫帽亦可確保射膠順暢。,七、熱澆道,現(xiàn)在模具的設(shè)計(jì)不管是反潛澆口還是平澆口，為使成品美觀

16、，無(wú)不縮小澆口的尺寸，小澆口在模流分析的時(shí)候都能平均進(jìn)膠，一但有瓦斯氣體沾住澆口或是融膠在澆口處產(chǎn)生沾粘成型立刻出現(xiàn)問(wèn)題。澆口經(jīng)過(guò)奈米處理後表面產(chǎn)生抗沾，瓦斯氣體也不容易在澆口處附著，膠流也可平穩(wěn)前進(jìn)。,八、澆口,模穴是融膠的最後目的地，各注塑單位無(wú)不挖空心思力求模穴內(nèi)部的模流達(dá)到最大值，但是不管如何最終金屬的表面特性還是無(wú)法突破。將模穴加以奈米處理後公模及母模的表面特性會(huì)產(chǎn)生以下改變:1、母模:母模是成品的外觀面不允許有瑕疵存在，改

17、質(zhì)後的母模具有模流順暢、瓦斯不沾、排氣完全、蝕刻花紋保存長(zhǎng)久、毛邊容易消除等特性。2、公模:公模多為補(bǔ)強(qiáng)肋筋、固定孔位，模流的行程較長(zhǎng)，改質(zhì)後的公模具有模流順暢、充模容易、出模不沾等特性。經(jīng)過(guò)奈米處理的模穴其生產(chǎn)的產(chǎn)品內(nèi)部應(yīng)力小、成品不易翹曲、生產(chǎn)周期縮短、不良率大幅減少、並可達(dá)到減用脫模劑的環(huán)保要求。,九、模穴,平均擊斷能量:100%ABS使用普通螺桿及射嘴 2.65 J100%ABS使用奈米融膠設(shè)備注塑 2.68

18、 J30%回收料+70%ABS使用普通螺桿及射嘴 2.40 J30%回收料+70%ABS使用奈米融膠設(shè)備注塑 2.65 J,,十、成品物性試驗(yàn): 奈米融膠通道物性實(shí)驗(yàn)(一)ABS 撞擊測(cè)試結(jié)果: Break Engry擊斷能量 (J),奈米融膠通道物性實(shí)驗(yàn)(二)ABS 拉力測(cè)試結(jié)果: Yield Stress變形點(diǎn)(MPa),平均變形點(diǎn): 100%ABS使用普通螺桿及射嘴 60.14 MPa

19、 100%ABS使用奈米融膠設(shè)備注塑 62.16 MPa 30%回收料+70%ABS使用普通螺桿及射嘴 57.70 MPa 30%回收料+70%ABS使用奈米融膠設(shè)備注塑 61.98 MPa,,塑膠模具使用奈米陶瓷鍍膜後產(chǎn)生的差異,TPU、TPR軟性塑膠具有高沾粘性成型時(shí)必須在模穴停留較長(zhǎng)的冷卻時(shí)間,使成品結(jié)晶待粘性減低時(shí)方可開模.經(jīng)過(guò)改質(zhì)模具具有抗沾性,因此可大幅縮短冷卻時(shí)間減少黏模性,避免

20、成品在開模時(shí)因黏模拉扯變形而造成不良品.軟性塑膠在使用表面改質(zhì)技術(shù)後對(duì)產(chǎn)能的提升方面具有驚人的成果 PP、PEPP、PE為最常用的樹脂原料,一般為提升產(chǎn)能及兼顧流動(dòng)性,都會(huì)升高料筒溫度並使用冰水冷卻模具,如此一來(lái)成品潛藏大量應(yīng)力,並會(huì)在塑膠流動(dòng)方向留下明顯流痕.經(jīng)過(guò)模具改質(zhì)處理後料筒溫度可降低10°C至30°C模具尚保持比先前更高的模流速度,並且絞牙、拔心、頂出、開模壓力都可見到明顯的降低,在成品面上先前明顯可見

21、的溫度流痕將大幅減少甚至消失.ABSABS為工程塑料,其流動(dòng)性不若PP,PE,且在射出過(guò)程中容易產(chǎn)生高黏瓦斯氣粘著於部分模具上形成包風(fēng)不良品.經(jīng)過(guò)模具改質(zhì)處理後料筒溫度亦可降低,先前所提的包風(fēng)現(xiàn)象可大幅降低甚至消失,成品變形率也會(huì)有效的改善.,塑膠模具使用奈米陶瓷鍍膜後產(chǎn)生的差異,、PMMA(壓克力)、PC PMMA(壓克力)與PC是流動(dòng)性極差的高溫熔融樹脂,熔融狀態(tài)對(duì)模穴具有高沾粘性,尤其是厚質(zhì)的壓克力製品,在保壓數(shù)分鐘後成

22、品緊黏貼在模穴內(nèi)無(wú)法取出.經(jīng)過(guò)模具表面改質(zhì)處理後連熔融狀態(tài)樹脂也無(wú)法沾粘於模穴上,成品外觀也因塑膠流動(dòng)性提升比處理前成品亮潔,部分成品(飾品)需要將成品在未固化前取出模穴,本技術(shù)都能滿足客戶的需求.PVC(硬質(zhì)、軟質(zhì))PVC塑膠由於會(huì)釋放出強(qiáng)酸性鹽酸氣體,一直是模具的主要?dú)⑹?業(yè)界為防止模具被腐蝕甚至使用全不銹鋼材料制做模具,在現(xiàn)在這個(gè)鋼鐵材料價(jià)格高漲的時(shí)代,降低模具材料成本變成非常重要的課題.經(jīng)過(guò)模具表面改質(zhì)處理後模材具有防銹抗蝕

23、性,能抵抗塑膠釋放出來(lái)的強(qiáng)酸性鹽酸氣體,塑膠的流動(dòng)性與離模性也因表面處理而大幅提升.PA(尼龍)、POMPA、POM是最容易產(chǎn)生瓦斯氣體的塑膠,其沾粘性也是塑膠材料中比較高的,一般情況下操作員會(huì)提高料管溫度以求充模完整,在射出一段時(shí)間後會(huì)形成一層白色瓦斯氣體黏著于模穴周圍,甚至堵塞排氣孔.經(jīng)過(guò)模具表面改質(zhì)處理後料溫、射壓都可降低,充模完整率也較先前提高,黏著于模穴周圍的瓦斯氣體也減少了,且很容易被清除.,奈米陶瓷鍍膜比較其他表面處理