透明ABS制品的注射成型技术研究

介绍了透明ABS制品的注射成型特性,讨论了影响制品透明度的因素, 结合透明ABS 医用瓶体的实际应用,提出了相应的解决方法。


1 引言

透明的ABS 新材料具有高的流动性和低收缩率, 故加工性能和产品的尺寸稳定性较好, 并且耐化学介质的性能也较好, 因此, 透明的ABS 新材料有潜在的能力成为聚碳酸酯的替代材料。由于我国对透明ABS 开发和应用较晚, 在原料的开发、成型设备与工艺研究等方面与国外相比还存在一定的差距, 使得生产出的注射制品透明性差, 达不到预期的效果。本文针对影响透明ABS 的注射制品透明性的因素进行探讨, 并提出了相应的提高透明性的方法。

2 透明性

一种材料的透明性好坏, 有许多性能指标都需要考虑。常用的指标有:透光率、雾度、折光指数、双折射及色散等。在上述指标中, 透光率和雾度是最为重要的2 个指标,主要表征材料的透光性。

2. 1 透光率

透光率是表征树脂透明程度的一个重要性能指标,一种树脂的透光率越高,其透明性就越好。透光率的定义为: 透过材料的光通量与入射到材料表面上的光通量之百分率。

2. 2 雾度

雾度又称为浊度, 它可衡量透明或半透明材料不清晰或混浊的程度。雾度的产生是由于材料内部或外表面光散射造成的云雾状或混浊的外观。雾度的定义为: 透过材料散射光通量与透过材料光通量之百分率。

上面介绍的透光率和雾度都是衡量材料透明性的重要指标, 两者的关系如下: 一般来说, 透光率与雾度之间成反比关系, 即透光率高的材料, 其雾度低,反之亦然。

3 透明ABS 的透明机理

透明ABS 是在普通ABS 基础上发展起来的,在其成分中添加透明剂来增加透明性。透明剂增加透明的原因是因为透明剂(Clarifier) 是一种高效的成核剂。它的优点是在缩短成核时间, 保持制品的机械性能的情况下得到最好的光学效果。透明剂能溶解在聚合物的熔体中形成均匀的溶液, 但比传统的成核剂作为晶种要大几个数量级, 冷却后, 透明剂则形成三元的“网格结构”。这种结构作为晶核,增加成核的密度。同时,形成这种“网格结构”的“纤维”其大小只有数千纳米, 完全在可见光波长的范围内,因此,可以使制品透明。据《Molding System》1998 年报道,美国Dacial 聚合物公司开发了一种称为T- 140 的透明ABS 新材料, 它具有88 %的透光率。

4 影响因素

由于生产透明ABS 制品,不仅要保证制品的尺寸精度、外观质量及强度等, 而且要保证制品的透光性,因此,透明ABS 与普通ABS 的注射成型模具和工艺参数上都有所不同,具有自身的特点。

4. 1 模具

透明ABS 制品透明度的高低与模具的设计和加工精度密切相关, 它直接影响制品表面的光学效果。为了得到所需形状的高透明、高光泽的制品,在模具结构设计方面, 浇口的位置及尺寸、楔紧块的大小均应重点加以考虑。在保证成本允许的情况下, 可以采用热流道技术, 设计时, 应注意热膨胀和隔热这2 个问题。模具的冷却水道的排布应尽可能均衡, 以保证制品的受热均衡, 有利于制品的快速结晶。

在模具加工中, 一方面要提高加工精度, 另一方面尽量提高模具型腔表面的质量。首先应使模具成型部分高度光滑, 成型表面镀铬或达到镜面抛光, 以免成型表面粗糙, 无限多的不规则微孔和微划痕影响光的折射度,从而影响制品的透明性。

4. 2 成型工艺

4. 2. 1 料筒温度和喷嘴温度

与普通ABS 一样, 透明ABS 在料筒中受到热和剪切的作用塑化, 塑化的均匀性主要取决于温度和受热时间, 而料筒温度直接影响到物料的温度和流动性。为保证操作稳定,塑化均匀,避免高温下料团在螺杆内的滑移, 使压力和注射量难于控制。同时避免注射过程中受高温作用发生降解和助剂的分解。当料温太低时,影响制品表面的光泽度,料温高于240 ℃以上时, 雾度会增加, 透明性下降。为使经料筒塑化的透明ABS 高速流经喷嘴和模具流道时达到最大流动性和良好的充模性, 对于熔体流动速率较高的物料, 料筒温度应控制得低一些。对于熔体流动速率较低的物料, 料筒温度则需控制得高一些。料筒温度分三段控制, 从靠近料斗一端到喷嘴止,温度渐渐升高,以使物料逐步塑化。喷嘴温度一般略低于料筒前端温度,过高时易发生流涎现象(不应超过230 ℃) , 但喷嘴温度也不能太低, 否则会发生堵塞或冷料入模,影响制品透明性。

4. 2. 2 模具温度

模具温度的高低影响制品的尺寸、性能、结晶度及其他工艺条件。透明ABS 是结晶性聚合物,升高模温能提高制品的密度和结晶度, 有利于力学强度及制品表面光洁度的提高, 但制品的模塑收缩率增大, 制品易变形。因此, 模具温度不宜太高, 一般取40～55 ℃。但也不能太低,否则会出现固化不完全,使制品产生的各向异性大,并有气泡、空隙等缺陷。为提高制品表面光泽度,减少不均匀收缩程度,模具表面温度可保持在50 ℃左右。

4. 2. 3 注射压力和注射速度

注射压力和注射速度对物料的充模起着决定作用,注射成型透明ABS 时,为提高制品表面质量,缩短固化时间,从而增大透明性,应采用较高的注射速度, 若加氮气辅助增压装置更理想。由于透明ABS流动性较好, 结晶速度快, 注射及保压压力不宜过大,以免边缘产生雾状,破坏透明效果。

4. 2. 4 成型周期

透明ABS 由于含透明剂, 结晶速度快, 固化温度高, 完成一次注射所需时间比普通ABS 短, 从而减少了成型时间,降低了产品成本。

5 应用实例

注射制品为透明ABS 医用血液瓶瓶体（图1） , 该瓶体瓶口部分为椭圆形, 瓶底部分为圆形, 颈部平滑过渡, 上下镂空, 要求透光率达到80 %以上。为保证透光性,采用图2 的模具结构。之所以能保证透光性,主要是采取了以下措施:

(1) 型腔和型芯镀铬, 减少微孔和微划痕, 提高透光率。

(2) 锁紧块厚度较大, 以免注射压力大时, 产生飞边。

(3) 采用楔紧条,保证锁紧块锁紧压力。

(4) 注射压力尽可能大, 提高充模速度, 减少热量损失,以不产生飞边为准。

(5) 喷嘴温度230 ℃, 低于透明剂降解温度, 模具温度为55 ℃。

(6) 冷却水道布置平衡, 水道直径较大, 使得制品冷却速度快,结晶快,透明性得以保证。

6 结束语

通过分析透明ABS 的工艺特性,在医用血液瓶瓶体的实例中得以实际应用, 并且提出了保证透光性的一些方法和建议,从而为透明ABS 的注射成型模具设计与加工提供参考。,

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