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)過軟化、熔融、混練、賦形、固化等過程，注塑機為塑膠成型的特性建造一條融膠通道，其包含的機構(gòu)零件有: 　螺桿→過膠頭(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→,融膠通道上的機構(gòu)零件都是由金屬製成，傳統(tǒng)金屬零件使用在射出機上有導(dǎo)熱不良、摩擦阻力大及沾粘等缺陷，也是正因為這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，研究各式的工藝調(diào)校，無非是想使融膠通道變的通暢穩(wěn)定。 二十世紀末奈米陶瓷材料問世後，各國科研單位無不積極將其導(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)材料限制對射出成型動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)變成融膠的一個關(guān)鍵零件，它的功能有軟化、壓縮、混練、計量。塑化能力是螺桿一項重要的指標，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，此時螺桿可以使用更高的速度旋轉(zhuǎn)儲料且不會因摩擦力增加而使料筒升溫，對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被塑料分解產(chǎn)生的低分子量聚合物附著於表面，進而分解碳化造成射出成品產(chǎn)生黑點。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進行，奈米化後混色能力會下降，且下料口段太過光滑會造成塑膠粒入料困難。,一、螺桿,塑料在螺桿上的移動屬於軸向移動，到了過膠頭膠流的運動轉(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膠頭上，是塑件黑點最主要來源。將奈米陶瓷與過膠頭(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)壓力表可看出儲料壓力降低，減少高扭力對螺桿的傷害，塑料碳化的情形也可大幅減少。,二、過膠頭(三套件),料管頭法蘭的作用不只用來固定射嘴，它的錐形流道是用來為混亂結(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)時塑料對料管頭法蘭內(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的摩擦阻力。,三、料管頭法蘭,射嘴是融膠通道上構(gòu)造最簡單結(jié)晶機構(gòu)最為複雜的一個零件，因為它的複雜使它的操控性變得困難，一般操作員對射嘴的了解是它會產(chǎn)生冷膠，也因為有冷膠我們對射嘴的改質(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200多度，與模具接觸面的溫度不 到100℃，兩端溫差高達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，冷卻時間越長,冷膠料產(chǎn)生的面積就越大，成品冷卻完成繼續(xù)開模動作，開模時冷料骨尾端會把相黏的冷膠料拉出，但如果冷膠料

8、的面積過大，則部份冷膠料會被射嘴內(nèi)部金屬面黏住，而斷裂留在射嘴內(nèi)部，在下一次射出時殘留的冷膠料會被推擠向前，射嘴內(nèi)殘留冷膠料量少時進入豎膠道若沒有全部停留在豎膠道內(nèi)而進入成品穴，則成品會出現(xiàn)冷料紋,嚴重的還會出現(xiàn)短射，射嘴內(nèi)殘留冷膠料量多時,則會堵住射嘴口而形成無法射出，此時必須停機、退座、使用噴燈將射嘴口附近烤熱才能再次射出，一臺射出機常常一天內(nèi)就會發(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)驗的射出師傅為防止冷膠料

9、堵住射嘴口，往往會將射嘴段溫度升高，但即使升高射嘴段溫度,冷膠料還是會發(fā)生，且過高的射嘴段料溫會使熱膠料超過正常料溫進入模穴，嚴重的瓦斯氣體、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，薄膜立即補充損失的熱度，此一效應(yīng)使薄膜內(nèi)璧範圍內(nèi)不致產(chǎn)生大面積冷膠料，唯一會產(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會被料骨完全拉出，由於每

10、模的冷膠料在開模時都會被完全拉出，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。 紅外線測試融膠射出溫度

11、 普通射嘴 —中間熔體流動比兩側(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: 融膠進入射嘴時結(jié)晶在螺桿及過膠頭時已受嚴重的破壞，傳統(tǒng)射嘴原料儲存在射嘴內(nèi)部時若射嘴段溫度又設(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，在融膠通過射嘴時奈米顆粒主動供給結(jié)晶重排所需要的電子，融膠得以調(diào)整成一個穩(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，膠料前鋒進入灌嘴部份已初步結(jié)晶的冷膠料在進入灌口處若遇沾粘將進一步結(jié)晶，灌口處結(jié)晶度升高將阻礙後到膠料的流動性，輕微的只要加大射壓就能充滿模穴，嚴重的甚至造成短。但加大射壓對豎膠道脫離灌嘴會有一定程度的影響，有時還會扯斷膠道，造成操作員的困擾。使用奈米陶瓷塗佈在灌嘴內(nèi)部在

14、射料時塑料前鋒會快速通過灌嘴口，若有冷膠料也不致在入口處沾粘結(jié)晶，會快速通過嘴口進入冷料井。整個射料過程不需特別提高射壓，射滿模穴後豎膠道未承受過大的擠壓力，在離型時奈米陶瓷的抗沾性也會幫助豎膠道輕易脫離灌嘴不致被拉斷，對產(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，曲線流的缺點是流道溫度越低，單位時間通過的融膠量就越少，就是所謂的模流不良。流道經(jīng)過奈米處理後流道內(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，柱塞流的特點是流道具體低溫高速模流。,六、冷流道及熱流板,很多人認為熱澆道不會產(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)過熱脹冷縮後很容易破損漏料，拆換極其費時。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)計不管是反潛澆口還是平澆口，為使成品美觀

16、，無不縮小澆口的尺寸，小澆口在模流分析的時候都能平均進膠，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)問題。澆口經(jīng)過奈米處理後表面產(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。,八、澆口,模穴是融膠的最後目的地，各注塑單位無不挖空心思力求模穴內(nèi)部的模流達到最大值，但是不管如何最終金屬的表面特性還是無法突破。將模穴加以奈米處理後公模及母模的表面特性會產(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、蝕刻花紋保存長久、毛邊容易消除等特性。2、公模:公模多為補強肋筋、固定孔位，模流的行程較長，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: 奈米融膠通道物性實驗(一)ABS 撞擊測試結(jié)果: Break Engry擊斷能量 (J),奈米融膠通道物性實驗(二)ABS 拉力測試結(jié)果: Yield Stress變形點(MPa),平均變形點: 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必須在模穴停留較長的冷卻時間,使成品結(jié)晶待粘性減低時方可開模.經(jīng)過改質(zhì)模具具有抗沾性,因此可大幅縮短冷卻時間減少黏模性,避免

20、成品在開模時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)能及兼顧流動性,都會升高料筒溫度並使用冰水冷卻模具,如此一來成品潛藏大量應(yīng)力,並會在塑膠流動方向留下明顯流痕.經(jīng)過模具改質(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,其流動性不若PP,PE,且在射出過程中容易產(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是流動性極差的高溫熔融樹脂,熔融狀態(tài)對模穴具有高沾粘性,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)無法取出.經(jīng)過模具表面改質(zhì)處理後連熔融狀態(tài)樹脂也無法沾粘於模穴上,成品外觀也因塑膠流動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塑膠由於會釋放出強酸性鹽酸氣體,一直是模具的主要殺手,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)在這個鋼鐵材料價格高漲的時代,降低模具材料成本變成非常重要的課題.經(jīng)過模具表面改質(zhì)處理後模材具有防銹抗蝕

23、性,能抵抗塑膠釋放出來的強酸性鹽酸氣體,塑膠的流動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提高料管溫度以求充模完整,在射出一段時間後會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