透明材料PMMA介绍及注塑成型工艺

发布时间 ：2014-12-23

由于塑料具有重量轻 、韧性好 、成型易 。成本低等优点 ，因此在现代业和日用产品中 ，越来越多用塑料代替玻璃 ，特别应用于光学仪器和包装工业方面 ，发展尤为迅速 。但是由于要求其透明性要好 ，耐磨性要高 ，抗冲击韧性要好 ，因此对塑料的成份 ，注塑整个过程的工艺 ，设备 。模具等 ，都要做出大量工作 ，以保证这些用于代替玻璃的塑料(以下简称透明塑料) ，表面质量良好 ，从而达到使用的要求 。
目前市场上一般使用的透明塑料有聚甲基丙烯酸甲酯(即俗称亚加力或有机玻璃 ，代号PMMA) 、聚碳酸酯(代号PC) 。聚对苯二甲酸乙二醇脂(代号PET) 、透明尼龙。AS(丙烯睛-苯乙烯共聚物) 、聚砜(代号PSF)等 ，其中我们接触得最多的是PMMA 。PC和PET三种塑料 ，由于编幅有限 ，下面就以这三种塑料为例 ，讨论透明塑料的特性和注塑工艺 。
一 、透明塑料的性能
透明塑料首先必须有高透明度 ，其次要有一定的强度和耐磨性 ，能抗冲击 ，耐热件要好 ，耐化学性要优 ，吸水率要小 ，只有这样才能在使用中 ，能满足透明度的要求而长久不变 。
比较可得PC是较理想的选择 ，但主于其原料价贵和注塑工艺较难 ，所以仍以选用PMMA为主 ，(对一般要求的制品) ，而PPT由于要经过拉伸才能得到好的机械性能 ，所以多在包装 、容器中使用 。
二 、透明塑料注塑过程中应注意的共同问题
透明塑料由于透光率要高 ，必然要求塑料制品表面质量要求严格 ，不能有任何斑纹、气孔 、泛白 。雾晕 、黑点 、变色 、光泽不佳等缺陷 ，因而在整个注塑过程对原料 、设备 。模具 、甚至产品的设计 ，都要十分注意和提出严格甚至特殊的要求 。其次由于透明塑料多为熔点高 、流动性差 ，因此为保证产品的表面质量，往往要在机筒温度 、注射压力、注射速度等工艺参数作细微调整 ，使注塑料时既能充满模 ，又不会产生内应力而引起产品变形和开裂 。
下面就其在原料准备 。对设备和模具要求 、注塑工艺和产品的原料处理几方面 ，谈谈应注意的事项 。
(一)原料的准备与干燥由于在塑料中含有任何一点杂质 ，都可能影响产品的透明度 ，因此和储存 、运输 。加料过程中 ，必须注意密封 ，保证原料干净 。特别是原料中含有水分 ，加热后会引起原料变质 ，所以一定要干燥 ，并在注塑时 ，加料必须使用干燥料斗 。还要注意一点的是干燥过程中 ，输入的空气最好应经过滤 、除湿 ，以便保证不会污染原料 。其干燥工艺如表2 ，
(二)机筒 、螺杆及其附件的清洁
为防止原料污染和在螺杆及附件凹陷处存有旧料或杂质 ，特别热稳定性差的树脂存在 ，因此在使用前 、停机后都应用螺杆清洗剂清洗干净各件 ，使其不得粘有杂质 ，当没有螺杆清洗剂时,可用PE 、PS等树脂清洗螺杆 。当临时停机时 ，为防止原料在高温下停留时间长 ，引起解降 ，应将干燥机和机筒温度降低 ，如PC 、PMMA等机筒温度都要降至160℃以下 。(料斗温度对于PC应降至100℃以下)
(三)在模具设计上应注意的问题(包括产品的设计)
为了防止出现回流动不畅 ，或冷却不均造成塑料成型不良 ，产生表面缺陷和变质 ，一般在模具设计时，应注意以下几点。
a)壁厚应尽量均匀一致 ，脱模斜度要足够大;
b)过渡部分应逐步 。圆滑过渡 ，防止有尖角 。锐边产生 ，特别是PC产品一定不要有缺口;
c)浇口 。流道尽可能宽大 、粗短 ，且应根据收缩冷凝过程设置浇口位置 ，必要时应加冷料井 ；
d)模具表面应光洁 ，粗糙度低(最好低于0.8) ；
e)排气孔 。槽必须足够 ，以及时排出空气和熔体中的气体 ；
f)除PET外 ，壁厚不要太薄，一般不得小于lmm 。
(四)注塑工艺方面应注意的问题(包括注塑机的要求)
为了减少内应力和表面质量缺陷 ，在注塑工艺方面应注意以下几方面的问题 。
a)应选用专用螺杆 、带单独温控射咀的注塑机;
b)注射温度在塑料树脂不分解的前提下 ，宜用较高注射温度 ；
c)注射压力 ：一般较高 ，以克服熔料粘度大的缺陷 ，但压力太高会产生内应力造成脱模因难和变形 ；
d)注射速度 ：在满足充模的情况下 ，一般宜低 ，最好能采用慢-快-慢多级注射 ；
e)保压时间和成型周期 ：在满足产品充模 ，不产生凹陷 、气泡的情况下 ；宜尽量短 ，以尽量减少熔料在机筒停留时间 ；
f)螺杆转速和背压 ：在满足塑化质量的前提下 ，应尽量低 ，防止产生解降的可能 ；
g)模具温度 ：制品的冷却好坏 ，对质量影响极大 ，所以模温一定要能精确控制其过程 ，有可能的话 ，模温宜高一些好 。
(五)其他方面的问题
由于为要防上表面质量恶化 ，一般注塑时尽量少用脱模剂 ；当用回用料时不得大于20% 。
对于除PET外 ，制品都应进行后处理 ，以消除内应力 ，PMMA应在70-80℃热风循环干燥4小时 ；PC应在清洁空气 、甘油 。液体石蜡等加热110-135℃ ，时间按产品而定 ，最高需要10多小时 。而PET必须经过双向拉伸的工序 ，才能得到良好机械性能 。
三 、透明塑料的注塑成型工艺
(一)透明塑料的工艺特性 ：除了以上的共同问题 ，透明塑料亦各有一些工艺特性 ，现分述如下 ：
1 、PMMA的工艺特性PMMA粘度大 ，流动性稍差 ，因此必须高料温 、高注射压力注塑才行 ，其中注射温度的影响大于注射压力 ，但注射压力提高 ，有利于改善产品的收缩率 。注射温度范围较宽 ，熔融温度为160℃ ，而分解温度达270℃ ，因此料温调节范围宽 ，工艺性较好 。故改善流动性 ，可从注射温度着手 。冲击性差 ，耐磨性不好 ，易划花 ，易脆裂 ，故应提高模温 ，改善冷凝过程 ，去克服这些缺陷 。
2 、PC的工艺特性
PC粘度大 ，熔料温度高 ，流动性差 ，因此必须以较高温度注塑(270-320℃之间) ，相对来说料温调节范围较窄 ，工艺性不如PMMA 。注射压力对流动性影响较小 ，但因粘度大 ，仍要较大注射压力 ，相应为了防止内应力产生 ，保压时间要尽量短 。收缩率大 ，尺寸稳定 ，但产品内应力大 ，易开裂 ，所以宜用提高温度而不是压力去改善流动性 ，并且从提高模具温度 ，改善模具结构和后处理去减少开裂的可能。当注射速度低时 ，浇口处易生波纹等缺陷 ，放射嘴温度要单独控制 ，模具温度要高 ，流道 、浇口阻力要小 。
3 、PET的工艺特性
PET成型温度高 ，且料温调节范围窄(260-300℃) ，但熔化后 ，流动性好 ，故工艺性差 ，且往往在射嘴中要加防延流装置 。机械强度及性能注射后不高 ，必须通过拉伸工序和改性才能改善性能 。模具温度准确控制 ，是防止翘曲 。变形的重要因素 ，因此建议采用热流道模具 。模具温度要高 ，否则会引起表面光泽差和脱模的困难 。
四 、透明塑料的缺陷和解决办法
由于篇幅关系 ，这里只讨论影响产品透明度的缺陷 ，其他缺陷请参考本公司的产品说明书或其他资料 。其缺陷大概有以下几项 ：
(一)银纹 ：由充模和冷凝过程中 ，内应力各向异性影响 ，垂直方向产生的应力 ，使树脂发生流动上取向 ，而和非流动取向产生折光率不同而生闪光丝纹 ，当其扩展后 ，可能使产品出现裂纹 。除了在注塑工艺和模具上注意外(见表4，最好产品作退火处理 。如PC料可加热到160℃以上保持3-5分钟 ，再自然冷却即可 。
(二)气泡 ：主于树脂内的水气和其他气体排不出去 ，(在模具冷凝过程中)或因充模不足 ，冷凝表面又过快冷凝而形成“真空泡” 。其克服方法见表4 。
(三)表面光泽差 ：主于模具粗糙度大 ，另一方面冷凝过早 ，使树脂不能复印模具表面的状态 ，所有这些都使其表面产生微小凹凸不平 ，而使产品失去光泽 。其克服方法见表4 。
(四)震纹 ：是指从直浇口为中心形成的密集波纹 ，其原因 ，因熔体粘度过大 ，前端料已在型腔冷凝 ，后来料又冲破此冷凝面 ，而使表面出现震纹 。其克服方法见表4 。
(五)泛白 。雾晕 ：主要由于在空气中灰尘落入原料之中或原料含水量太大而引起的 。其克服方法见表4 。
(六)白烟 。黑点 ：主要由于塑料在机筒内 ，因局部过热而使机筒树脂产生分解或变质而形成的 。