PMMA成型工艺分析

模具工业2006年第32卷第7期PMMA成型工艺分析郭国谊新余高等专科学校机电与自动化工程系,江西新余338031)摘要:在对PMMA材料工艺特性的分析及阐述的基础上,重点分析PMMA在制品设计、模具设计中的工艺要求并分析其制品在注射成型生产中的工艺方法和特点关键词冮艺特性减型工艺汾分析中图分类号:TG241献标识码B文章编号:1001-2168(2006)07-0064-05Analysis on molding process of PMMAGUO Guo-y(Department of Electromechanical and Automation EngineeringXinyu College, Xinyu, Jiangxi 338031, China)Abstract: Based on the analysis on technological characteristic of PMMA materials, the technologicalrequirements in designing products and injection mould for PMMA materials were discussed in de-tails. Then the injection molding process and characteristic were introducedKey words: technological characteristic; molding process; analysis1引言有机玻璃又称亚加力。它最大特点是透明性好,可PMMA材料的全名为聚甲基丙烯酸甲酯,俗称与普通的无机玻璃相媲美其太阳光的透光率达到5切边程度上减弱凸模和毛坯间的摩擦力对金属流动的不切边模如图14所示,切除终锻时形成的飞边,利影响促使金属从中间向两端流动在两端聚集较锻件靠外形定位。多的金属。(3)通过制定合适的模锻工艺,成功模锻出表面光滑、轮廓清晰、没有工艺缺陷的活塞尾锻件,相对于压铸工艺,这将在一定程度上提高锻件的机械性能和汽车空调压缩机的整体质量。参考文献]夏巨谌,丁永祥胡国安.闭式模锻[M].北京机械工图14切边模示意图业出版社,1991.切边凸模2.锻件3.切边凹模「2]孙海亭施张.高温强度和耐曆性优良的粉末冾金铝合金活塞[J].小型内燃机,9985)26426结束语3]夏巨谌.精密塑性成形工艺[M].北京机械工业出版1)在高温区450~500℃,传统的压铸成型铝社,l9合金材料sC00-16可以精密模锻成型,材料中的硅「4]洪深泽·挤压工艺及模具设计[M.北京机械工业岀组织被细化,原材料中巨大的硅颗粒打碎成细小且版社,1996分布均匀的组织,成功开发了高硅铝合金锻造成型5]王江次!M,北京机械工业出版社中国煤化工工艺(2)对于活塞尾精密模锻成型工艺,预锻成型[6]王CNMHG煙)[M」.北京机械工是关键工步。底面为对称斜面的预锻凸模能在一定业出版社,1980模具工业2006年第32卷第7期6590%~92%,紫外线的透过率为73.5%,因此广泛拉伸强度MPa应用于飞机、汽车、建筑、光学仪器、电子仪表、广告照明、化妆品瓶、医疗器具等方面为了改善PMMA制品表面硬度不高、易擦毛抗冲击性能较低、成型流动性较差的缺点,对其进行多方面的改性工作,出现了许多共聚、共混的树脂。比如甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯、与丁二烯的共伸长率/%冲击强度/kJm2聚物,PMMA与PC的共混物等。其中较为熟悉的372有机玻璃就是由甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯单体进行共聚获得的。如果在372有机玻璃中加入少量的丁腈橡胶即可成为373有机玻璃。现介绍PMMA材料的工艺特性在此基础上重热变形温度/℃点分析PMMA在制品设计、模具设计中的工艺要图1PMMA材料的主要特性求模斜度,同时还要注意制品和模具的设计合理化及2PMMA材料工艺特性制造过程的控制1)PMMA为无定形聚合物,玻璃化温度约为(5)由于透明度高是PMMA的特点,任何杂质00℃,熔融温度大于180℃,而分解温度高达270的存在都会因光线的折射作用而在制品上暴露无℃以上因此可供成型的温度范围较宽。PMMA材料遗,故要求在加工生产该材料的产品时必须做好环的主要特性可由它的拉伸强度、伸长率、冲击强度境的清洁工作。和热变形温度之间的相互关系来全面表示,如图1(6)PMMA对所使用的成型设备并无太多特殊所示。虚线所围三角形面积越大表明强度和韧性越要求,但如用专门的PMMA螺杆注塑机成型效果会大在其他3个象限可划各自的三角形表明PMMA更佳。材料的伸长率、冲击强度和热变形温度的大致取值和特性情况3PMMA制品与模具设计的工艺特性2)处于熔融状态下的PMMA表现为熔体温度通过对PMMA材料的工艺特性初步分析,结合较高,流动性较差,熔体黏度对温度变化比较敏实际生产中一些具体问题的解决办法,可总结出以感。注射温度的改变对熔体流动性的影响要比注射下PMMA制品和模具的设计合理化的经验要求。压力显著,并比注射速度明显,更比模具温度显著1)PMMA的熔体为高黏度,宜采用开式喷嘴,得多。在成型中,要想改变PMMA的流动性主要是注射成型时压力损失小,补缩作用大。开式啧嘴主从注射温度着手。要形式有短式直通喷嘴、延长式直通喷嘴和小孔式3)PMMA具有一定的亲水性,其颗粒的吸水开式喷嘴等如图2所示。延长式直通喷嘴和小孔式性达θ.3%~0.4%,水分的存在使熔体岀现气泡,开式啧嘴可改莕短式直通喷嘴的流涎现象。延长式得到的制品有银丝,透明度也受伤害。所以要求在直通喷嘴相对短式直通喷嘴延长了喷嘴体的长度成型之前对树脂作干燥处理可进行加热,故不易形成冷料,补缩作用大,射程较4)与四S相似PMMA表现为质硬、性脆、易破远,但流涎现象仍无法克服。小孔式开式喷嘴因储裂因此要求不仅要选择好制品的成型收缩率和脱料和喷嘴体外可加热也不易形成冷料并且因为口径变小故流涎现象有所克服射程也较远。收稿日期2006-01-18中国煤化工,流动性也较差熔作者简介:郭国谊(1968-),男,江西永丰人,讲师,主要从事机体的流CNMHG:1,故制品的壁厚械、模具的设计研究,地址:江西省新余市城北五一路1号、电话)090-65976,.190168电子信箱)g168@不宜太溥最好不要低于1mm通常是在1.5~5mm63. como选取。模具工业2006年第32卷第7期(a)短式直通喷嘴(b)延长式直通喷嘴(c)小孔式开式喷嘴图2开式喷嘴的形式同时考虑到PMMA材料性脆易碎,为防止因脱模不佳或使用不当而引起制品开裂,要求制品设计中避免缺口或尖角的存在,对厚薄的连接处要求设计成用圆弧进行过渡的方式。3)由于PMMA的成型收缩率较小,为0.5%0.7%要求设计较大的脱模斜度以利于制品的顺利脱模。模芯部分的脱模斜度常常在30′~-2选择,模腔部分的脱模斜度为35′~2°30′,对于稍复杂的制品其脱模斜度则在上述脱模斜度的基础上相应加大,图3主流道相关尺寸关系具体斜度可从实际中比较获得。较厚的塑件脱模斜度则须在3°~4,因为在注塑制品时螺杆推进的时模具中应考虑开设深度在0.05-0.07mm的排气间加长了。槽宽度为6mm(4)进料口的尺寸与结构的设计与选择很重6)在注射成型加工过程中,PMMA的模具温要,合理的进料口尺寸与结构可避免物料在注射过度常用通水冷却的办法进行控制。但对于壁厚太厚程中过早凝结。或形状复杂的制品为了减少制品中的内应力有利般较薄的PMMA制品主流道锥度为3~6,于熔体流动和充分补缩测需对模具加温控制控温若要注塑厚制品(4mm以上)主流道锥度应有7°,范围为60~80℃一般不超过80℃。因为螺杄推进时间太长,会使流道一带过分挤压(7)透明性高是PMMA的一大特点,为避免损较小的锥度会使顶出困难。主流道直径有时达到8伤这一特点模具设计中除了避免推杆设置过多外10mm,这种尺寸选择尤其适合需要长流径的模还要求模具加工制造时,模具型腔表面有较低的粗腔或需要大浇口旳制品。但浇口的整体长度不能糙度值〔通常≤Rα0.16),型腔表面最好能作镀铬拋过长光处理。主流道相关尺寸关系,如图3所示。图中Dυ2为主流道进口端与出口端直径,根据注塑机注4原材料准备射量而对应,D1、D2由生产实际情况可推荐如下(1)注射成型用的PMMA原材料是密度为注射量10g时,D1、D2为3.5、5mm;注射量30g,1.1-1.2g/cm的无色透明颗粒D1、D2为4、5.5mm注射量60g,D1、D2为5、6.5由于PMMA树脂颗粒易吸附水分,而这些水分mm注射量125g,D、D2为5、7mm注射量250g在成型过程中会由于受热挥发导致烙体起泡、膨胀时,D、D2为5、7.5mm;若注射量达到1000g,使制品出现水气纹、气泡、透明度变差、有糊斑等问D1、D2应为6、9mm。题。在中国煤化工应予以干燥处理特主流道其他尺寸可按通用要求选取别是包CNMHG间较久的颗粒更应〔5)为了能及时排出模腔里的空气以及熔体挥如此,通常使用热风循环干燥机干燥,干燥温度为发出的气体,减少制品中熔接痕出现的可能性,在80~90℃,干燥时间为3h以模具工业2006年第32卷第7期67(2)在干燥处理的过程中,除了应注意严格控缩凹痕与气泡等问题还需要较大的注射压力特别制干燥工艺以防颗粒黏连成块之外,还应注意干燥是形状复杂的制品以及壁厚的制品。设备的干净整洁,即每次进行干燥前对干燥设备进与其他塑料一样对PMMA注射压力的选择首行清洁工作以免杂质尘埃混入而影响制品质量。先是依据制品的壁厚情况予以初选,然后再根据成3)经干燥处理的颗粒应及时进行加工,对于型中的实际情况进行调整。暂时不需要用于成型加工的颗粒应妥为保管,用密一般注射压力在80~150MPa之间选取,通常闭容器盛装,以防颗粒暴露在大气环境下,由于温易流动的厚壁制品所选取的注射压力在80~100度和湿度的不平衡而重新吸湿。而再次使用这些材MPa,而熔体流动较为困难的制品所需的压力要大料时,最好能再进行干燥处理,干燥处理的时间可于140MPa。视材料存放的时间长短有所不同110~140MPa的注射压力则适应大多数制品经相关实验显示在室温下24h,PMMA会吸收的成型。0.3%的水分;而PMMA制品注射成型时,其材料须保持在0.1%以下的湿度,通常是在0.04%。因此5.3注射速度PMMA原材料的干燥处理的重要性不言而喻。尽管注射速度的提高对PMMA熔体的充模性是有利的,但由于高速注射往往会给制品表面及外观5注射成型工艺方法带来不利影响,特别是在浇口周围常常造成模糊不原材料处理完成后,接下来就是注塑机的注射清的后果从而使制品的透光性大为降低同时还增过程的工艺控制。加了制品中的内应力。在一般情况下最好不要采用高速注射,只有当5.1注射温度浇口较小(大多为点浇口的状况下)时,或充模有困P^MMA为无定形聚合物,没有明显的熔点温难时或为解决熔接痕明显的情况下,才选用较高的度。成型中可供选择的注射温度范围较宽可在180注射速度最好选用多级注射进行控制。260℃选取温度的改变对PMMA熔体流动性的影响比较5.4模具温度明显。若注射温度提高,熔体的流动长度也明显增模具温度是PMMA成型中一个重要因素。模具加,这对于薄壁、长流程及复杂制品的充模性十分温度的控制与制品的结构形状、使用要求以及材料重要,但是,必须注意到,在选用高温注射时,易受本身有关其他工艺条件影响而给制品表面带来变色或造成模具温度高对熔体的充模有利,可減少熔接不模糊等问题。良现象的产生改善制品的透明性朮其可降低制品注射温度的恰当与否可通过熔体对空注射法中的内应力。但较高的模具温度会引起制品的收缩进行观察判断,即以熔体低速从喷孔中流出是否光率有所增加易发生凹痕和冷却时间延长等问题进亮、透明、无泡来判断。如果熔体是呈不透明、模糊、而影响到整个成型周期有气泡、银丝的膨胀体,则可认为温度过高或树脂在实际成型中,除了因充模困难、改善熔接痕内含水量过高防止收缩孔等,需要适当增加模温(一般为40~80般来说,在能够充满模腔的情况下,要求取℃)外,大多是采取通水冷却的办法来控制模具温略低一些的注射温度,以减少可能出现的变色和对度。性能的影响。5.5熔料背压5.2注射压力中国煤化工-400bamn背压表值虽然注射压力对PMMA熔体流动性的影响不为10CNMHG,当背压过低时,熔如注射温度那么明显,但由于PMMA熔体黏度较料和成品可能有气泡。大,流动性比较差,为克服熔体流动阻力和減少收模具工业2006年第32卷第7期5.6成型周期工中不推荐使用脱模剂。成型周期往往与制品的壁厚有关。但由于PMMA熔体在140℃左右就开始凝固,105℃时达到玻6.2再生料的使用璃化温度,可以在较高温度下脱模而很少发生变再生料最好能单独使用。对于颜色没变、又无杂形,成型周期一般都比较短,只有当模具温度过高质存在的PMMA再生料在要求不高的制品中是可以时周期才略有延长与新料混合后使用,其掺入的比例为新料的1/4。掺混后的物料在成型加工之前必须予以干燥处理,干6其他相关工艺注意事项燥工艺与纯新料相同。但对于透明度要求较高的制6.1整洁品原则上不要使用再生料。整洁是PMMA成型加工的基础,否则会因透明度变差而造成制品的报废。为此需注意6.3制品的后处理(1)成型设备的整洁。成型设备的料斗和料筒与PS等塑料相同由于各种原因在PMMA制品应特别注意其清洁情况,如果料筒内存有其他物料中不可避免地残留有一定的内应力,而这些残留应时,首先将料筒清洗干净(清洗材料可用PMMA的力将会使制品在使用过程中岀现开裂。为了能达到再生料),当料筒内存留有PVC、POM等物料时,应减少或消除这些应力的目的,对于加工所得制品需注意先用PS等物料清洗料筒,然后再用PMMA再进行一些后处理工作。生料清洗而不可以用PMMA再生料直接清洗。PMMA制品的后处理是在温度为70~80℃的2)颗粒的整洁。在打开包裝时应先将包装材热风循环干燥箱内进行的,即将刚刚加工完成的制料表面特别是开口处凊清理干净。对于使用后剩余品保持一定的温度。处理的时间则视制品壁厚而的颗粒应妥善保管,以防止静电作用污染材料或被定,厚度越厚处理的时间也就越长,反之则越短其他材料混杂。般4h左右然后缓慢冷却至室温。3)环境的整洁。除了操作人员应注意自身的整洁外,还应注意操作环境的整洁,如机床周围、操参考文献作台、制品堆放处以及颗粒盛放处等。在操作过程η塑料模设计手册编写组.塑料模设计手册[M.北京中还应注意给料斗加盖。机械工业出版社20024)模具的整洁。为保证制品的品质模具中不2]郭广思.注塑成型技术IM].北京机械工业岀版社允许有油污(如防锈油、切削油、润滑油等)的存在以免使制品出现开裂、糊斑等。一般PMMA成型加中国煤化工CNMHG