材料知识 | 4分钟阅读

熔体和模具温度的重要性

制模人员应该认识到工艺条件对零件最终性能的影响是多么重要。
#处理程序#最佳做法

当我与加工商一起工作时,我发现普遍缺乏对工艺条件如何显著影响模塑件最终性能的认识。主流观点似乎是,所选材料表现出数据表上公布的特性,与原材料如何转化为模塑制品无关。

在这种思维方式下,处理器的工作只是将材料加热到熔融状态,使其通过适当的加工设备,然后将聚合物重新固化成印刷品所描述的形状。只要零件满足美学期望,关键尺寸符合印刷品,处理器就完成了他的工作。属性是材料供应商的管辖范围。

不幸的是,事情并非如此简单。例如,在注射成型中,无论零件设计如何,成型条件都会对材料的最终性能产生重大影响。对聚合物行为有重大影响的两个工艺条件是熔体温度和模具温度。

首先,区分这些工艺条件和我们用来控制它们的设定值是很重要的。熔体温度是聚合物从喷嘴进入模具时的实际温度。桶的设定值代表我们用来达到所需熔体温度的工具,但它们不是一回事。

施加给材料的机械功、停留时间以及螺杆和料筒的条件都对确定实际熔体温度起着重要作用。类似地,模芯和型腔的实际表面温度与通过模具中通道的流体温度相关,但不一定相同。

假设这是理解的,我们可以检查这两个参数对聚合物性质的影响。一般认为熔体温度对粘度有影响。但熔体温度也会影响成型零件中聚合物的最终分子量。

例如,在一个实验涉及零部件成型聚丙烯聚合物在成型的融化温度400 F (204 C)平均分子量明显高于部分模制在480 F (249 C)。这个翻译成更好的抗冲击性以及更低的能耗在成型和较短的周期时间。

模具温度对最终性能的影响可能不太明显,但往往更为深远。在ABS和聚碳酸酯等非晶态聚合物中,较高的模具温度会产生较低的模压应力水平,从而具有更好的抗冲击性、抗应力开裂性和疲劳性能。

在半结晶材料中,模具温度是决定聚合物结晶度的一个重要因素。结晶度决定了许多性能参数,包括抗蠕变性、抗疲劳性、耐磨性和高温下的尺寸稳定性。晶体只能在低于熔点但高于聚合物的玻璃化转变温度(Tg)的温度下形成。

一次结晶

在成型半结晶材料时,理想的模具温度将高于Tg,以便给聚合物足够的时间结晶。图1比较了高温尼龙(PPA)在适当的模具温度和较低的模具温度下的行为。该图显示了材料的模量作为温度的函数。随着模具温度的增加,材料在室温下的刚度也增加。

但在适当温度下成型的样品与在较低模具温度下成型的样品之间的差异更显著,可以在较高的测试温度下看到。当材料在130到140℃接近玻璃过渡区时,模量开始下降,在更低的模具温度下下降得更远更快。这个行为由处理器决定。

图2显示了确定ABS冲击性能时模具温度和熔体温度的相互作用,ABS是一种非晶态聚合物,通常因其韧性而选择。当模具温度在29到85摄氏度(85到185华氏度)之间变化,熔体温度在218到271摄氏度(425到515华氏度)之间调整时,等高线图捕捉到落镖冲击阻力。一些人可能会感到惊讶的是,仅仅由于这些工艺变化,抗冲击性范围从小于2 N-m(1.4 ft-lb)到近50 N-m(36.5 ft-lb)。

模具温度是主导因素;然而,当较高的模具温度与较低的熔体温度相结合时,获得了最佳的结果。理想的处理条件范围,以及那些应该避免的条件,在这张图中是非常明显的。

这种行为是所有聚合物的特征。一般来说,较低的熔体温度与较高的模具温度相结合,就能获得最佳的性能。不幸的是,这与我们通常在生产车间看到的情况相反。通常情况下,熔体温度高于理想状态,因为熔体温度通常被认为是降低熔体粘度的唯一有效工具。较高的熔体温度会增加能量消耗,降解聚合物,并延长冷却时间,以创造尺寸稳定的部件。

为了弥补这一延长的周期时间,处理器将依靠降低模具温度来恢复损失的生产率。然而,降低的熔体温度与较高的模具温度相结合,通常会生产出具有相同或更短循环时间和更好的机械性能的零件。当加工者了解他们在确定聚合物性质中的作用时,他们以一种非常不同的方式进行工艺开发,最终降低成本并提高质量。

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