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注射成型:熔融非晶塑料与半晶塑料

了解不同熔体之间的差异是获得熔体均匀性的关键。
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在开发一个24/7的注塑过程中,有数百个变量,这可能很难决定哪个重点。有些因素比其他因素更重要,但无论你对给定变量的排名如何,事实是,除非每个因素都能满足树脂和部件的需求,否则流程将无法运行。

我这个月的选择是熔体均匀性,它应该在你的前10个变量列表中。所谓均匀性,我指的不只是熔体温度,而是熔体的一致性,即没有漩涡、条纹或部分未熔化的颗粒。如果你想要24/7的尺寸和性能一致,你必须有熔体均匀性。

我们这里的重点是在非晶态和半晶态树脂之间实现熔体均匀性的困难。这些树脂的熔体是不同的,处理人员需要了解这些聚合物是如何熔体的,以获得熔体的均匀性。

通常情况下,这种差异与部分聚合物链排列的不同有关。无定形聚合物的链是随机的,这意味着它们没有特定的顺序或排列方式,就像缠结在一起的绳子。半晶体聚合物具有链排列的结构或有序模式。

如果你想要24/7的尺寸和性能一致,你必须有熔体均匀性。

前缀“semi”是用来表示并非所有的聚合物链在半晶部分是结晶的。在给定的部分中有结晶度区域和无序(非晶态)链取向区域。颜色、添加剂和冷却速度影响结晶度,从而改变零件的尺寸和性能。

无论你加工的聚合物是半晶型还是非晶型,熔体均匀性都需要获得一致的零件尺寸和性能。了解每一种熔体是如何让处理器更好地控制加工过程的。

无论是半晶型还是非晶型,它们都依赖于相同的能量来源来熔化:筒体、螺杆和加热带。大部分的能量,约80%,来自于球团与筒壁的摩擦和螺杆过渡区的压缩。剩下的来自于桶周围的加热带。非晶态和半晶态树脂的能量传递机制是相同的。然而,这就是熔化这些塑料的相似之处。

像冰一样,半结晶树脂直到达到熔化温度才会软化。

区分它们的一个重要因素是熔化它们所需的能量。一公斤半晶状的树脂,如尼龙6,就需要更多的能量比1公斤的无定形树脂如ABS。事实上,尼龙大约需要两倍的能量融化作为ABS(约716 BTU /公斤和342),然而他们处理温度是相似的。尼龙所需能量的两倍意味着你的加工鸭子最好排成一行。

所以现在我们知道我们必须做什么熔化尼龙和ABS从能源的角度。但还有另一个问题会使处理过程更加困难。半结晶树脂在达到熔化温度之前保持坚硬。就像融化的冰。当冰的硬度从-10摄氏度(14华氏度)上升到-0.5摄氏度(31华氏度)时,它的硬度不会有明显的变化。在任何一个温度下,如果你落在冰上,我都怀疑你会感觉硬度有任何不同。像冰一样,半结晶树脂在达到融化温度之前不会软化。他们坚持不懈,直到达到两个标准:

首先,你要投入足够的能量让它们达到熔点;其次,你必须注入另一剂能量来克服核聚变热(熔化)——也就是说,打破它们的有序链模式。它就像熔解的能量障碍。螺丝钉和桶是如何处理这种困难情况的?半晶颗粒从料斗流进进料喉,并落在螺旋进料段的深飞行之间。进料部分将球团向前旋转并压实,迫使空气和一些挥发物从料斗(它是一个排气口)中出来。饲料部分可以加热球团,但不能也不应该熔化。

然后,物料到达过渡区或熔化区,在那里螺杆的根部直径变粗,以提供压缩球对桶壁。这种压缩,加上弹丸与桶壁的摩擦,将能量送入弹丸,从而提高其温度。问题是并不是所有的颗粒都能到达桶壁/飞行界面——有些得到熔化所需的能量,有些没有。发生固体床破碎,导致部分未熔化的球团通过过渡区和计量区。这些部分未熔化的球团可能卷进零件并磨损螺杆。

无定形树脂像冷冻黄油一样融化。

为了讨论的目的,让我们说你也运行液体颜色和使用通用螺杆设计。液体颜色通常使用一个石油载体,这降低了颗粒对桶的摩擦,这反过来减少了能量的转移熔化。这真的是你想要的吗?关闭液体颜色;螺丝转动时间是否减少?一个20:1 L/D比的通用螺杆在过渡区只有5个飞行。当铅球尺寸超过铅球容量的40%时,这是一个严重的问题。通常建议使用屏障螺钉,但它们往往导致降解,产生过多的黑斑。你最好使用一个设计来提供熔体均匀性的螺丝。

无定形树脂的熔体不同。它们需要的能量少得多,而且更容易融化。它们像冷冻黄油一样融化。无定形球团在室温下是坚硬的,但随着温度的升高,它开始软化。随着能量的增加,非晶态材料继续软化,直到适合成型为止。它们在达到熔点之前不会保持坚硬,而且它们不需要克服熔解的热。部分未融化的颗粒可能像太妃糖或棉花糖。如果它被卡在螺杆飞行和桶壁之间,它将挤压而不会对螺杆或桶造成严重的损坏或磨损。因此,无定形树脂在熔化过程中更加宽容。一个通用螺钉可能提供可接受的处理,但再次,这不是我的建议。

简而言之,半晶球比非晶球更难均匀融化。一般用途的螺杆可以加工非晶态的球团,但在小端(低于20%的桶容量)和在高端(超过40%),大多数铸造厂会有半晶态球团的问题。我不推荐屏障设计。相反,指定一个螺杆设计,以提供熔体均匀性的最小L/D比20:1,但24:1是首选。


关于作者John Bozzelli是密歇根州米德兰注射成型解决方案(科学成型)的创始人。为注塑成型商提供培训和咨询服务,包括LIMS和其他专业。联系john@scientificmolding.comscientificmolding.com

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