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透明ABS制品的注塑件成型技術(shù)研究
介紹了透明ABS 制品的注塑件成型特性, 討論了影響制品透明度的因素, 結(jié)合透明ABS 醫(yī)用瓶體的實際應(yīng)用,提出了相應(yīng)的解決方法。1 引言透明的ABS 新材料具有高的流動性和低收縮率, 故加工性能和產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性較好, 并且耐化學(xué)介質(zhì)的性能也較好, 因此, 透明的ABS 新材料有潛在的能力成為聚碳酸酯的替代材料。由于我國對透明ABS 開發(fā)和應(yīng)用較晚, 在原料的開發(fā)、成型設(shè)備與工藝研究等方面與國外相比還存在一定的差距, 使得生產(chǎn)出的注塑產(chǎn)品透明性差, 達(dá)不到預(yù)期的效果。本文針對影響透明ABS 的注塑產(chǎn)品透明性的因素進行探討, 并提出了相應(yīng)的提高透明性的方法。2 透明性一種材料的透明性好壞, 有許多性能指標(biāo)都需要考慮。常用的指標(biāo)有:透光率、霧度、折光指數(shù)、雙折射及色散等。在上述指標(biāo)中, 透光率和霧度是最為重要的2 個指標(biāo),主要表征材料的透光性。2. 1 透光率透光率是表征樹脂透明程度的一個重要性能指標(biāo),一種樹脂的透光率越高,其透明性就越好。透光率的定義為: 透過材料的光通量與入射到材料表面上的光通量之百分率。2. 2 霧度霧度又稱為濁度, 它可衡量透明或半透明材料不清晰或混濁的程度。霧度的產(chǎn)生是由于材料內(nèi)部或外表面光散射造成的云霧狀或混濁的外觀。霧度的定義為: 透過材料散射光通量與透過材料光通量之百分率。上面介紹的透光率和霧度都是衡量材料透明性的重要指標(biāo), 兩者的關(guān)系如下: 一般來說, 透光率與霧度之間成反比關(guān)系, 即透光率高的材料, 其霧度低,反之亦然。3 透明ABS 的透明機理透明ABS 是在普通ABS 基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,在其成分中添加透明劑來增加透明性。透明劑增加透明的原因是因為透明劑(Clarifier) 是一種高效的成核劑。它的優(yōu)點是在縮短成核時間, 保持制品的機械性能的情況下得到最好的光學(xué)效果。透明劑能溶解在聚合物的熔體中形成均勻的溶液, 但比傳統(tǒng)的成核劑作為晶種要大幾個數(shù)量級, 冷卻后, 透明劑則形成三元的“網(wǎng)格結(jié)構(gòu)”。這種結(jié)構(gòu)作為晶核,增加成核的密度。同時,形成這種“網(wǎng)格結(jié)構(gòu)”的“纖維”其大小只有數(shù)千納米, 完全在可見光波長的范圍內(nèi),因此,可以使制品透明。據(jù)《Molding System》1998 年報道,美國Dacial 聚合物公司開發(fā)了一種稱為T- 140 的透明ABS 新材料, 它具有88 %的透光率。4 影響因素由于生產(chǎn)透明ABS 制品,不僅要保證制品的尺寸精度、外觀質(zhì)量及強度等, 而且要保證制品的透光性,因此,透明ABS 與普通ABS 的注塑件成型注塑件模具和工藝參數(shù)上都有所不同,具有自身的特點。4. 1 注塑件模具透明ABS 制品透明度的高低與注塑件模具的設(shè)計和加工精度密切相關(guān), 它直接影響制品表面的光學(xué)效果。為了得到所需形狀的高透明、高光澤的制品,在注塑件模具結(jié)構(gòu)設(shè)計方面, 澆口的位置及尺寸、楔緊塊的大小均應(yīng)重點加以考慮。在保證成本允許的情況下, 可以采用熱流道技術(shù), 設(shè)計時, 應(yīng)注意熱膨脹和隔熱這2 個問題。注塑件模具的冷卻水道的排布應(yīng)盡可能均衡, 以保證制品的受熱均衡, 有利于制品的快速結(jié)晶。在注塑件模具加工中, 一方面要提高加工精度, 另一方面盡量提高注塑件模具型腔表面的質(zhì)量。首先應(yīng)使注塑件模具成型部分高度光滑, 成型表面鍍鉻或達(dá)到鏡面拋光, 以免成型表面粗糙, 無限多的不規(guī)則微孔和微劃痕影響光的折射度,從而影響制品的透明性。4. 2 成型工藝4. 2. 1 料筒溫度和噴嘴溫度與普通ABS 一樣, 透明ABS 在料筒中受到熱和剪切的作用塑化, 塑化的均勻性主要取決于溫度和受熱時間, 而料筒溫度直接影響到物料的溫度和流動性。為保證操作穩(wěn)定,塑化均勻,避免高溫下料團在螺桿內(nèi)的滑移, 使壓力和注射量難于控制。同時避免注射過程中受高溫作用發(fā)生降解和助劑的分解。當(dāng)料溫太低時,影響制品表面的光澤度,料溫高于240 ℃以上時, 霧度會增加, 透明性下降。為使經(jīng)料筒塑化的透明ABS 高速流經(jīng)噴嘴和注塑件模具流道時達(dá)到最大流動性和良好的充模性, 對于熔體流動速率較高的物料, 料筒溫度應(yīng)控制得低一些。對于熔體流動速率較低的物料, 料筒溫度則需控制得高一些。料筒溫度分三段控制, 從靠近料斗一端到噴嘴止,溫度漸漸升高,以使物料逐步塑化。噴嘴溫度一般略低于料筒前端溫度,過高時易發(fā)生流涎現(xiàn)象(不應(yīng)超過230 ℃) , 但噴嘴溫度也不能太低, 否則會發(fā)生堵塞或冷料入模,影響制品透明性。4. 2. 2 注塑件模具溫度注塑件模具溫度的高低影響制品的尺寸、性能、結(jié)晶度及其他工藝條件。透明ABS 是結(jié)晶性聚合物,升高模溫能提高制品的密度和結(jié)晶度, 有利于力學(xué)強度及制品表面光潔度的提高, 但制品的模塑收縮率增大, 制品易變形。因此, 注塑件模具溫度不宜太高, 一般取40～55 ℃。但也不能太低,否則會出現(xiàn)固化不完全,使制品產(chǎn)生的各向異性大,并有氣泡、空隙等缺陷。為提高制品表面光澤度,減少不均勻收縮程度,注塑件模具表面溫度可保持在50 ℃左右。4. 2. 3 注射壓力和注射速度注射壓力和注射速度對物料的充模起著決定作用,注塑件成型透明ABS 時,為提高制品表面質(zhì)量,縮短固化時間,從而增大透明性,應(yīng)采用較高的注射速度, 若加氮氣輔助增壓裝置更理想。由于透明ABS流動性較好, 結(jié)晶速度快, 注射及保壓壓力不宜過大,以免邊緣產(chǎn)生霧狀,破壞透明效果。4. 2. 4 成型周期透明ABS 由于含透明劑, 結(jié)晶速度快, 固化溫度高, 完成一次注射所需時間比普通ABS 短, 從而減少了成型時間,降低了產(chǎn)品成本。5 應(yīng)用實例注塑產(chǎn)品為透明ABS 醫(yī)用血液瓶瓶體（圖1） , 該瓶體瓶口部分為橢圓形, 瓶底部分為圓形, 頸部平滑過渡, 上下鏤空, 要求透光率達(dá)到80 %以上。為保證透光性,采用圖2 的注塑件模具結(jié)構(gòu)。之所以能保證透光性,主要是采取了以下措施:(1) 型腔和型芯鍍鉻, 減少微孔和微劃痕, 提高透光率。(2) 鎖緊塊厚度較大, 以免注射壓力大時, 產(chǎn)生飛邊。(3) 采用楔緊條,保證鎖緊塊鎖緊壓力。(4) 注射壓力盡可能大, 提高充模速度, 減少熱量損失,以不產(chǎn)生飛邊為準(zhǔn)。(5) 噴嘴溫度230 ℃, 低于透明劑降解溫度, 注塑件模具溫度為55 ℃。(6) 冷卻水道布置平衡, 水道直徑較大, 使得制品冷卻速度快,結(jié)晶快,透明性得以保證。6 結(jié)束語通過分析透明ABS 的工藝特性,在醫(yī)用血液瓶瓶體的實例中得以實際應(yīng)用, 并且提出了保證透光性的一些方法和建議,從而為透明ABS 的注塑件成型注塑件模具設(shè)計與加工提供參考。
