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LCP塑料的成型技術

LCP塑料的成型技術

【發布時間】:2014-03-05 【瀏覽次數】:5434次
一、導言
    VECTRA(LCP)是一種具有獨特化學結構的全芳香族液晶聚酯.
    它的化學結構和細微結構與普通聚酯相比有很大區別,因此其基本物性和成型加工性也很獨特.
    VECTRA(LCp)全部具有熱塑性,可用市售的普通注射成型機進行成型(但有些等級需要使用具備耐高溫和耐腐蝕系列的注塑機).VECTRA(LCP)通常在熔融時具有低粘度而在固化時具有高剛性,但在其機械特性中卻存在各向異性.下面介紹VECTRA工程塑料注射成型方面的基本方法,但特殊等級的成型問題還需具體協商.
二、預干燥
    VECTRA的吸濕性非常小,如A等級聚合物在23℃、50%RH條件下的平衡吸濕量僅為0.03%(300ppm)左右.由于VECTRA是聚酯類材料,因此即使進行了防潮包裝,也應在成型前進行預干燥.
    建議在140~160℃、4小時以上(最長可達24小時)的干燥條件下用除濕干燥機進行干燥.
    也可使用架式熱風干燥機或斗式干燥機.不論使用哪種,都應調節熱風溫度和風量等以使粒料能夠按上述條件得到均勻干燥.尤其是在斗式干燥機的情況下,更應注意防止短道(short pass)現象,并確保粒料溫度(而非設定溫度)達到上述溫度.
    為了防止成型過程中再度吸濕,建議在成型時使用斗式干燥機.
三、回料的使用
    如果按所建議的成型條件進行成型,VECTRA將顯示出良好的熱穩定性.根據實驗室研究結果,即使進行5次100%回收使用,其靜態強度和彈性模量也能保持初始值的75~90%.另請注意,反復回收會使材料輕微變黑.

雖有上述實驗事例,但回收材料的用量還是以保持在總量的25%左右為宜.這是因為25%左右的摻入率會大大降低多次回料的比例,使新材料和1次回料的比例保持在93.8%.為了防止上述色相變化,也理應采取這種做法.
    回料大小不一有時會導致計量不穩、卷入氣體、產生氣泡等問題.為此,在使用回料時建議再造粒(re-pellet),如果使用粉碎材料則應去除超大號顆粒和粉末以使粉碎料顆粒大小均勻.
四、選擇成型機
    VECTRA可用普通螺桿式成型機進行成型.
    雖說料筒溫度因VECTRA的等級類型而異,但估計最高溫度一般不超過380℃,因此普通成型機的加熱圈即可.
    就塑化裝置的大小而言,1次注射量最好為成型機最大注射量的50~75%.
    VECTRA可用普通的開式噴嘴進行成型.開式噴嘴的壓力損失通常最小并且無需考慮機械動作的可靠性,因此應盡量使用這種噴嘴.不過, 由于VECTRA具有良好的流動性,假如為了獲取更高的流動性而特意把料筒溫度設得很高,則會出現流涎現象.
    噴嘴加熱圈應當用獨立的控制器來控制.這樣的話,出現流涎和拉絲現象時,降低噴嘴溫度將是一個有效方法.但如果過度降低料筒設定溫度,則會使流動性變差,填充壓力急劇上升,冷料混入產品并產生氣泡.圖1中所示的“LCP噴嘴”既可阻止流涎和拉絲現象,同時又不會過度降低噴嘴溫度,因此有助于穩定成型.
    VECTRA具有固化速度快且脫模性好的特點,因此可進行短周期成型.為了發揮這一優勢,應盡量選用塑化能力強的成型機.螺桿形狀一般以如下形狀為宜:
    ●螺桿前端的計量段有數個固定槽深的螺紋 
    ●完好的止逆閥 
    ●長進料式(輸送段較長,Long feeding type)
    圖1. LCP噴嘴
    ●噴嘴直徑小(φ1~2mm) 
    ●噴嘴前端有大功率加熱圈 
    ●把熱電偶設置在前端


五、模具設計
    VECTRA有各向異性,因此在模具設計時既要遵守各種基本原則,又要考慮這種特性.
    成型品的物性取決于VECTRA自身與填充材料的取向及其程度,而這種取向則起因于材料流動時的剪切力.因此,必須結合對最終產品的特性要求來考慮模腔內的材料填充形式.一般來說,壁厚越薄,取向就越明顯.為使成型品符合特性要求,產品設計者應與模具設計者密切合作.
    此外,在熔合紋處有時無法發揮VECTRA的固有優勢,因此模具設計時應盡量避免出現熔合紋.
1.模具材質
    VECTRA對模具的腐蝕性較小,因此所有標準模具材料均可使用.有些填充材料也會使模具受到磨損,此時應選用適當的鋼材,并像處理充填有同種填充材料的普通成型材料那樣采取淬火等措施.


2.流道
    按加工易度排序的話通常為半圓形、梯形和圓形流道,而從截面積和壓力損失的角度排序(由好到壞)的話則為圓形、梯形和半圓形,因此建議使用圓形或梯形流道.如果同時考慮經濟性,最佳流道直徑取決于所需的流道長度、產品大小等,因此不能一概而論,但通常為2~5mm.應盡量縮短流道長度.對于多腔模具而言,為了減少模腔間的差異,最好使到各個模腔的距離保持相等.
    此外,如果主流道尺寸遠大于注射成型機的噴嘴孔徑,主流道內就會出現噴射紋,卷入空氣,從而產生氣泡.為此,對于注射成型機的噴嘴孔徑,建議把主流道的最小直徑設計成比噴嘴孔徑大0.5mm左右,并將斜度設為0.5~1°.
    VECTRA本來具有良好的脫模性,但由于流動性也很好,如果模具表面有傷,該傷就會被轉寫并大大降低脫模性.因此不能忽視流道和主流道的磨損.應在流道和主流道的末端設置冷料井以防冷料流入產品.
3.澆口
    在VECTRA的模具設計中,澆口設計尤為重要.
    VECTRA有各向異性,因此必須在考慮填充方式的基礎上來確定澆口位置.特別是想要在產品的特定方向上發揮VECTRA的良好特性的情況下,原則上應將其作為流動方向.
    如果產品形狀復雜且填充過程中方向紊亂,也可不必過于考慮澆口位置的影響.
    側、點、潛伏等常用澆口方式均可使用.
4.排氣口
    VECTRA在成型時幾乎不會產生氣體,但為了排空模腔內的空氣以便填充,設置排氣槽仍是個好方法.VECTRA用的排氣槽深度以1/100~2/100mm為宜.在這個深度下,截面很小,會使空氣流動受到限制,因此不僅要在空氣容易滯留之處設置排氣槽,也要盡可能地在大的范圍內設置排氣槽.
六、成型加工特性(流動性,成型收縮,后收縮)
1.流動性
    VECTRA在0.2~0.3mm厚時的棒流動長度如圖3~4所示.即使與通用塑料和通用工程塑料相比(更別提各種超級工程塑料),也可得到極長的棒流動長度,充分顯示出VECTRA的優點.由圖4可知,即使在薄壁(0.2mm)情況下也可輕松獲得30mm以上的流動長度,因而非常有利于薄壁成型.請在產品設計和模具設計時參考這些資料.

2.成型收縮率

    表3.以及圖5~10給出了VECTRA各個等級的代表性成型收縮率.收縮率總體上很小,因此有助于保持正確的產品尺寸.特別是流動方向的收縮率很小,而垂直方向的收縮率則較大.如果成型品形狀復雜且流向紊亂,實際上會取兩者的中間值視作平均收縮率以確定模腔尺寸.





    表3.以及圖5~10給出的都是簡單形狀的值,因此對于形狀復雜的實際成型品,可能會得出略有不同的值,但由于收縮率的絕對值很小,因此也可認為對尺寸精度的影響也較小.不過,如果是尺寸精度非常嚴格的產品,則應考慮制作試驗模并預先測出其正確的收縮率,或者用正式模具修正預估收縮率以確定模腔尺寸.
3.后收縮率
    A130樹脂在150℃和200℃溫度下退火時間與后收縮率的關系如圖10所示.大約2小時的退火后,后收縮會達到飽和狀態,即收縮率不再變化.

七、成型條件
1.料筒溫度
    普通的噴嘴和料筒溫度如表7-1所示.此設定是一種推薦標準,也可根據成型狀態調整10~20℃.為了防止拉絲和流涎現象,可將噴嘴溫度調低10~20℃.不過,請注意下面幾點:
?降低機筒溫度: 冷料或不充分塑化導致機械特性等下降.
?提高機筒溫度: 料筒內幾乎不會因滯留時間和長時間滯留而產生凝膠或腐蝕性氣體,但長時間中斷成型時應降低機筒溫度,而重新開機前則應進行數次清洗(shot purge).
    發生計量不良時,建議將機筒溫度設定改為如下所示的平直或反斜設定.
    (例)對于E130i
    (NH) 350℃ - 350℃ - 350℃ - 350℃(平直)

    (NH) 350℃ - 350℃ - 360℃ - 370℃(提高料筒的后部溫度)


2.模具溫度
    建議在80~120℃范圍內設定VECTRA的模具溫度.模具溫度處于80℃時通常沒有問題,但如果存在光澤、表面光潔度等外觀問題時,建議使用高模溫.
3.塑化
    螺桿轉速通常為100rpm,不過也可使用高轉速以加快循環和提高計量穩定性.
    為了防止流涎和纖維折損,建議將背壓設為0~2MPa.
4.注射壓力和注射速度
    VECTRA的所有等級的熔融粘度都很低,因此通??稍谶h低于普通熱塑性樹脂的壓力下進行成型.大部分成型品都可在15~45MPa的樹脂壓力下進行成型.此外,VECTRA的固化速度很快,因此快速注射可獲得良好效果.
5.成型機的停止和開啟與材料切換
    ①成型停止時
    停止成型時,應徹底清洗機筒內的殘留樹脂.
    如果下次用相同的材料來成型,只需清洗即可,但如果下次用不同的樹脂來成型,則應切換清洗材料.此時應選用可適應前一種樹脂的成型溫度的清洗材料.例如,具有與VECTRA相同的成型溫度和良好熱穩定性的樹脂包括含有玻璃纖維的聚碳酸酯、高密度聚乙烯、市售的丙烯酸類等.
    不同等級的VECTRA的成型溫度相差很大.
    值得注意的是清洗材料因等級而異.
    ②成型開始時
    如果機筒內的樹脂在VECTRA成型溫度范圍內是穩定的,則可直接加熱至VECTRA的成型溫度,然后用VECTRA進行清洗.不過,由于VECTRA的熔融粘度很低,料筒內的殘留樹脂難以被完全清洗出,因此要徹底清洗.一個簡單有效的方法是先用含有玻璃纖維的聚碳酸酯清洗,然后再用VECTRA清洗.
    如果殘留樹脂的成型溫度范圍不同于VECTRA,建議將機筒溫度調至機筒中殘留樹脂的成型溫度,接著用在VECTRA和殘留樹脂兩者的成型溫度下均可使用并且具有良好熱穩定性的樹脂(含有玻璃纖維的聚碳酸酯、高密度聚乙烯、(視情況而定的)聚碳酸酯等)清洗,然后設成VECTRA的成型溫度并在上述VECTRA的成型溫度范圍內像使用穩定樹脂進行清洗.
    如果機筒內的樹脂是VECTRA,則可直接地加熱至VECTRA的成型溫度并用VECTRA進行清洗.不過,VECTRA的成型溫度范圍因等級而異,因此應確認所用的溫度范圍.如果所用溫度不同,即便都是VECTRA也應如上述成型溫度范圍不同的樹脂一樣進行清洗. 
③切換樹脂時
    如果是可直接與VECTRA切換的樹脂,可參照上述成型停止和開始方法,在保持料筒溫度的同時直接進行清洗.
如果是不能原封不動地與VECTRA切換的樹脂,則建議用在VECTRA和想要切換的樹脂兩者的成型溫度下均可使用并且具有良好熱穩定性的樹脂(含有玻璃纖維的聚碳酸酯、高密度聚乙烯等)清洗,然后設成成型溫度.
    特別是在向VECTRA切換并且殘留樹脂的粘度大于VECTRA的情況下,由于切換難度大,因此更應徹底清洗.
    ④其他
    如果長期滯留在機筒內,VECTRA有時也會劣化成異物,此時必須充分清洗.
    如果黑色著色品等深色材料難以徹底去色,建議先用含有玻璃纖維的聚碳酸酯清洗,接著用聚乙烯清洗,然后再用兩者反復交替清洗.將料筒內的清洗材料完全排出后再裝入下一種清洗材料的話效果會更好.
    *在使用各種清機料清掃之時,請先確認各清機料的MSDS.
八、安全注意事項
    只要遵守成型業界的一些基本安全注意事項,VECTRA成型中就不會發生危險.不過,與其他塑料一樣,VECTRA在很高的溫度下被加熱后會產生分解物.如果換氣不足,這些分解物有時會蓄積起來并造成衛生損害,因此應適當換氣.
    為了防止產生熱分解、引發氣體以及料筒內壓,應將等級A、B、C、D/等級Ei/等級T、S的樹脂溫度分別控制在350℃/370℃/385℃以下.由于這些溫度遠高于普通成型溫度,因此不必加熱到如此高的溫度.如果要短時間中斷成型,雖然可在成型溫度下放置,但再次開機時則要充分清洗.如果放置時間超過30分鐘時,應將成型溫度調低50℃左右.
    供給粒料并轉動螺桿前,應使料筒有足夠的加熱時間以使溫度至少達到各個等級的成型溫度-10℃.作業人員應戴護目鏡(特別是在清洗時).操作很燙的模具時應使用防護手套.成型暫停期間,應使注射裝置回退以免因接觸模具而導致噴嘴固化.



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