尼龙注塑成型工艺.docx
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尼龙注塑成型工艺
华侨大学
前言：
尼龙是结晶型塑料，品种颇多，已达到130多种，应用于注塑加工的有尼龙6、尼龙66、尼龙610、尼龙1010以及共聚性尼龙、超韧性尼龙、玻璃纤维增强尼龙、矿物增强尼龙等等。
世界市场中，应用量最大的是尼龙66。
尼龙最早在1889年首先由Gabriel和Maass两人合成制得，但系统的研究并最终实现工业化实在1929年，由美国杜邦公司的Carothers着手进行的。
1931年Carothers申请了第一篇尼龙专利，1935年首先制得尼龙66，1939年实现工业化。
尼龙66的应用领域一般在汽车、电子电器、化工设备、机械设备等方面。
从最终用途看，汽车行业消耗的尼龙66占第一位，电子电器占第二位。
大约有88%的尼龙66通过注射成型加工成各种制件，约12%的尼龙66则通过挤出、吹塑等成型加工成相应的制品。
由于尼龙66优良的耐热性、耐化学药品性、强度和加工方便等，因而在汽车工业得到了大量应用，目前几乎已能用于汽车的所有部位，如发动机部位，电器部位和车体部位。
发动机部位包括进气系统和燃油系统，如发动机气缸盖罩、节气门、空气滤清器机器外壳，车用空气喇叭、车用空调软管、冷却风扇及其外壳、进水管、刹车油罐及灌盖，等等。
车体部位零部件有：
汽车挡泥板、后视镜架、保险杠、仪表盘、行李架、车门手柄、雨刷支架、安全带扣搭、车内各种装饰件等等。
车内电器方面如电控门窗、连接器、保鲜盒、电缆扎线等。
工艺特点：
⑴吸水性尼龙66较易吸湿，如果长时间暴露在空气下，会吸收大气中的水分。
吸水后会发生体积膨胀，影响制品的尺寸精度，如在注塑前吸收过量的水分时，其制作的外国外观和力学性质都会受损。
⑵结晶性尼龙66为结晶性高聚物，一般在20%~30%之间。
结晶度的高低与性能有关，结晶度高，拉伸强度、耐磨性、硬度、润滑性等性能有所提高，热膨胀系数和吸水性趋于下降。
⑶热稳定性在熔点以上温度，约254℃，水分子会与尼龙66发生化学反应，使聚合物水解或裂解，使尼龙66变色，树脂分子量及其韧性相对减弱，流动性增大，不单带来加工上的困难，而且会对制品性能造成损害。
注塑时喷嘴流涎，制件飞边严重。
聚合物裂解产生的气体和从空气中吸收的水分，共同夹击制件，轻则在表面形成不光洁、银丝、斑纹、微孔、气泡，重则反生熔体膨胀无法成型或成型后机械强度下降。
最后，经过这种水解裂解的尼龙，其性能完全不可还原，即使重新干燥也不能再次使用。
干燥好的原料如果随便在空气中露置，会迅速在空气中吸收水分而使干燥效果丧失殆尽。
即使在加盖的机台料斗内，存放的时间也不宜太长，一般雨天不超过1h，晴天限制在3h之内。
尼龙66熔融温度虽然高，但当达到熔点后，其粘度远较一般热塑性塑料如聚苯乙烯等低很多，故成型时流动性不成问题，尼龙66的流变特性是剪切速率增加时其表观粘度下降不突出，加之熔融温度范围较窄，在3~5℃之间，所以高的料温无疑是顺利冲模的保证，而不在乎高的注射速度和压力。
⑷流动性尼龙66熔体的粘度低，流动性大，容易冲模成型，对薄壁制品更是如此，而且制品在模内能迅速固化，模塑周期短。
制品配方及分析：
PA66
接枝EPDM
PA6
抗氧化剂
接枝聚丙烯
光亮润滑剂
接枝聚乙烯
玻璃纤维
接枝POE
分析：
此配方实现了强度、韧性、刚性、耐热同时提高。
尼龙树脂品种的选定:
以尼龙66为主，加入一定量的尼龙6，在综合考虑流动性和强度基础上，选择了中等粘度的尼龙作为主要原料。
增韧剂的选定：
尼龙66和尼龙6虽具备前述优点，但也存在韧性较低、耐寒性差，改善这两种尼龙的韧性几乎是所有尼龙合金改性的关键，用作尼龙增韧的增韧剂主要是热塑性弹性体或橡胶弹性体的接枝物，及POE-g-MAH、PE-g-MAH、EPDM-g-MAH。
热塑性弹性体中马来酸酐接枝聚乙烯无论是增韧效果还是加工流动性均较差，不予考虑。
马来酸酐接枝POE增韧效果虽然略逊于橡胶弹性体，但加工流动性好，而且不存在橡胶弹性体的交联问题。
从而综合上述选择以POE-g-MAH为主、EPDM-g-MAH为辅的复合体系。
尼龙66和尼龙6强度一般在60~80Mpa之间，经过增韧改性，强度会有所下降，根据尼龙合金汽车料的指标要求，拉伸强度要超过120Mpa，因此对尼龙合金进行增强改性。
从图一可知，随着玻璃纤维用量的增加，尼龙合金拉伸强度也随之增加，考虑到纤维过高对制品行变和外观不利，实验时选择玻璃纤维分数30%左右。
尼龙合金材料其他性能的改进：
为防止尼龙合金在加工过程和长期实验过程中出现降解或老化现象，需选择合适、适量的抗氧化剂；
在尼龙配方设计中，还需要加入适量的润滑剂，一是提高加工流动性，二是改善制品表面的光滑性，避免玻璃纤维外露产生。
注射成型设备：
主要设备：
虽然柱塞式注塑机和螺杆式注塑机均可加工尼龙类塑料，但从塑化效果以及物料在料筒内所停留时间来看，还是选用螺杆式注塑机。
特别是尼龙66热稳定性稍差的品种和经着色、增强、改性的尼龙尤为重要。
因尼龙66熔体的粘度较低，流动性较好，故在选择设备时须注意如下几点：
1螺杆与料筒之间的配合要求间隙小，精度高，以防止熔体在注塑时产生逆流现象，所以间隙一般控制在0.05mm以下；
2成型加工尼龙所用的螺杆形式为单头、全螺旋、压缩突变形螺杆，其长径比L/D=12~20，压缩比C/R=2~3，为阻止逆流，螺杆还应配上止逆装置；
3由于受热后，尼龙66其熔体粘度较低，若采用一般通用型喷嘴，一旦工艺控制不当，物料很容易从喷孔中流出，造成“流涎现象”从而影响制品、模具以及成型加工，因此对其加工时一般要求选用自锁式喷嘴。
当然在喷嘴上还必须有加热控温装置，以防熔体冷却。
④因为尼龙66熔体粘度较低，流动性较好，在成型过程中易出现排气不良问题，对此需开设一定的排气孔，在开设排气孔时还注意防止溢边。
双螺杆挤出机：
SHI58-Ⅱ、注塑机：
CWF-120D、万能试验机、冲击试验机、热变形温度检测仪
成型工艺
工艺流程：
原料混合—挤出造粒—注塑打样—检测分析
1、干燥为使尼龙66顺利成型和确保制品质量，成型前对尼龙粒料必须进行干燥处理。
经处理后尼龙的含水量应小于0.1%干燥时应防止尼龙粒料氧化变色，因为酰胺基对氧敏感，容易发生氧化降解。
如果加工前材料是密封的，那么就没有必要干燥。
然而，如果储存容器被打开，那么建议在85C的热空气中干燥处理。
如果湿度大于0.2%，还需要进行105C，12小时的真空干燥。
下表为干燥方法和条件。
干燥方法
干燥条件
常压热风干燥法
干燥时间20~24h
干燥温度80~90℃
料层厚度25mm
真空干燥法
干燥时间12~16h
干燥温度100~110℃
真空度93Kpa
料层厚度≯50mm
沸腾干燥法
干燥时间15~30min
干燥温度110℃
一次加料40~80Kg
2、成型温度：
⑴料筒温度。
料筒温度主要应由尼龙66的熔点和熔体粘度来加以确定，一般都高于尼龙6的熔点。
加热方式应以分段加热，以便调节温度。
为使便于加料顺利，料斗区应予以冷却。
因而料筒温度后部：
265~270℃，中部270~285℃,前部285~295℃.对玻璃添加剂的产品为275~280C。
熔化温度应避免高于300C。
⑵喷嘴温度。
由于模具与喷嘴温差较大，成型时模具与喷嘴长时间接触，喷嘴壁温因散热可能降至尼龙6熔点一下，熔体就会凝固在喷嘴内堵塞喷嘴孔。
为确保喷嘴温度，应在喷嘴处单独装配电热器，以便调节和控制喷嘴温度。
机头温度：
机头：
285~295℃，口模处280~290℃。
⑶模具温度。
模具温度应根据制品的厚度不同和对性能的要求而定。
模具温度直接影响制品的性能。
一般说来，模具温度高时，制品冷却缓慢，结晶度高，能生成均匀的球晶结构，制品的抗张强度、抗弯强度、模量和硬度均有所提高，但伸长率有所下降。
下图分别为模具温度与尼龙66抗张强度和伸长率的关系。
另外，对于形状复杂的尼龙薄壁制品和厚壁制品，均应适当提高模温。
对于薄壁制品是为了防止熔体过早凝固，确保熔体充满型腔；对于厚壁制品是为了防止制品内部产生凹陷、气泡和较大的内应力。
模具冷却定型温度为85~95℃
3、注射压力
注射压力的大小主要取决于熔体在成型温度下的流动性和制品的厚度。
流动性好的尼龙66注射压力低。
另外，尼龙66熔体具有遇冷快速凝固的特性，因而其制品必须在较高的注射速率下成型，为了减少制品内应力，保压时的压力不宜过大。
注射压力：
通常在750~1250bar，取决于材料和产品设计。
工艺条件
尼龙6
注射机类型
柱塞式
螺杆式
制品厚度（mm）
3以下
3~6
3以下
3~6
注射压力（*）
800~2000
800~2000
600~1500
600~1500
4、成型周期
尼龙66注射成型周期与其成型温度、制品厚度等有关。
成型温度高，制品薄，成型周期应当延长。
由于尼龙66熔体的冷却会产生较大的收缩，因而应根据具体情况来延长保压时间。
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尼龙66成型收缩率与模具温度的关系如下表：
模具温度（℃）
成型收缩率（%）
30
2.7
60
3.2
90
3.2
尼龙制品的成型收缩率与制品厚度的关系如下图：
工艺条件
尼龙66
注射机类型
柱塞式
螺杆式
制品厚度（mm）
3以下
3~6
3以下
3~6
成型周期（s）
10~20
15~40
10~20
15~40
成型总周期（s）
25~50
30~70
25~50
30~70
注意：
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流道和浇口:
PA66的凝固时间很短，因此浇口的位置非常重要。
浇口孔径不要小于0.5*t。
成型中的注意事项：
⑴再生料的使用。
干净整洁，无污染的再生料，原则上是可以与新料共混后使，但需要注意如下几点。
ⅰ再生次数不宜过多，最好不要超过三次，以免引起制品色泽变深或机械物理性能急剧下降；
ⅱ使用量应控制在新料的25%以下，过多会引起工艺条件的波动；
ⅲ与新料混合后必须照按照工艺要求进行干燥处理，方可使用。
⑵脱模剂的使用。
使用少量的脱模剂有时对气泡等缺陷有改善和消除作用。
尼龙制品的脱模可选用硬脂酸锌、白油等，也可混合成糊状使用。
使用时必须量少而均匀，以免造成糊斑、裂纹或熔接痕明显等问题。
⑶安全须知。
尼龙类树脂开机时应首先开启喷嘴温度，然后再开启料筒电源。
当喷嘴发生堵塞时，切记面对喷孔，以防料筒内的熔体因聚集压力释放而突然喷出熔体而酿成事故。
⑷尼龙66制件的后处理：
尼龙制品的后处理是为了防止、消除制品中残留应力或因吸湿作用而引起尺寸变化。
1退火处理。
对于使用温度高于80℃或精度要求严格的制件，成型后应在油或石蜡中退火。
退火温度高于使用温度10~20℃，时间按厚度的不同约需10~60min，退火后应慢慢冷却。
经退火热处理后的制件，可得到较大的尼龙晶体，刚性提高。
结晶完全的制件，密度变化微小，不宜变形和开裂。
用聚冷法固定制件，结晶度低，晶体微小，韧性和透明度较高。
添加成核剂的尼龙，注塑时可生成结晶度大的微晶，可缩短注塑周期，制件的透明性和刚性都得到提高。
②调湿处理。
环境湿度变化可以改变尼龙66制品的尺寸。
尼龙66本身收缩率较高，为了保持尺寸稳定，可用水或水溶液对制品进行调湿处理。
办法是将制品浸入沸水或醋酸钾水溶液（醋酸钾与水的比例为1.25：
100，沸点121℃）中，浸泡时间随制品最大厚壁而定，1.5mm的2h，3mm的8h。
调湿处理对改善塑料内的晶体结构，提高制品韧性，改善内应力的分布，而且效果比退火处理更好。
本论文结合课本《工程塑料·性能·成型·应用》
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