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尼龙注塑加工工艺设计和问题

尼龙注塑加工工艺及其问题

 PA—聚酰胺、也称尼龙,是一大类酰胺型聚合物的统称。

最常见的有PA6、PA66、PA1010。

最近,随着IT业的发展,一种新型的聚酰胺—PA46的使用量剧增,它用于代替LCP(液晶聚合物)生产电脑上的插件。

由于PA具有良好的机械性能,韧性好、抗冲击、耐磨、自润滑、阻燃、绝缘等特点,所以被广泛用于汽车、机械、电子、仪表、化工等多个领域,如齿轮、滑轮、轴承、叶轮、衬套、容器、刷子、拉链等。

   PA6、PA66、PA46都属脂肪族聚酰胺,是线性聚合物,其分子结构中有极强极性的酰胺基,所以具有高度的结晶能力。

PA制品的性能依赖于其结晶形态及结晶度。

而加工条件对结晶形态和结晶度有影响,加工条件不同,PA制品的结晶变化可达40%,制品冷却慢,结晶度高,且形成较大尺寸的结晶形态。

吸水性对其结晶度也有影响。

另外,PA在加工过程中由于流动、剪切作用会产生一定程度的取向,导致制品性能的各向异性,沿取向方向的强度优于非取向方向,取向也有利于结晶过程的进行,在模具设计时要考虑这个因素。

   •PA的性能

   •物理性能

   无※、无味、不霉烂、外观为半透明或透明,乳白色或淡黄色,密度1.04-1.36,燃烧时放出特殊的蛋白味,火焰为蓝色上端呈黄色。

   •机械性能

   刚韧性好,耐反复冲击震动,使用温度为–40-100℃,耐摩擦、耐磨耗、自润滑,但抗蠕变性差,尺寸稳定性较差,可以通过加入玻璃纤维增强或与其他材料共混来克服此缺点。

   •耐化学品性能及耐候性

   PA的有机溶剂很少,乃化学性能良好,PA的有机溶剂是甲酸、酚类化合物。

不同浓度的无机酸、碱、盐均可导致PA溶胀、溶解或水解。

在不受阳光照射的条件下,其耐老化性能良好,但在热作用、光照、辐射条件下老化快、制品变色、性能下降。

   •加工性能

   •易吸湿,成型前必须进行干燥。

   •熔点高,熔限窄,熔点分别为:

PA6:

215℃,PA66:

255℃,PA46:

290℃。

   •PA熔体粘度具有较高的温度敏感和剪切敏感,熔体粘度低,流动性好。

   •PA熔融状态的热稳定性较差,高温下易分解。

   •熔体的冷却速度对制品的结构和性能有明显的影响。

   •成型过程伴随结晶产生,收缩率大。

   •成型设备与模具

   •注塑机的选用

   •螺杆与机筒

   由于PA具有韧性、自润滑性、进料困难、剪切生热大、熔点高、熔融速度快、易分解等特点。

要求螺杆具备压缩排气集中,吃料能力强,驱动力大,耐磨性好。

因此,PA注塑加工的塑化系统为:

螺杆的加料段较长,加料段的螺槽较深,压缩段、均化段较短,机筒加料段处拉槽,加大油马达的功率,螺杆带有高效的止逆环。

   •射嘴

   由于PA在熔融状态下粘度低,流动性好,机筒内也不可避免留有部分残余压力,如果采用开放式射嘴,开模取出制品时熔体会从射嘴处流出(即流涎现象),既浪费材料又影响正常生产,故需采用自锁式射嘴,常用弹簧针阀式射嘴。

   •产品造性与模具设计

   •壁厚在保证制品性能的前提下,尽可能取小值,制品越厚,收缩越大,强度不够,可以增加加强筋。

   •制品收缩率大,易脱模,脱模斜度为40′-1゜40′。

   •流道与浇口

   流道直径Ф3-6mm,浇口直径为壁厚的2/3-3/4。

但不得小于0.8mm。

浇口太小会使熔体剪切过热而降解,影响制品性能。

   4)嵌件

   尼龙的热膨胀系数比钢大9-10倍,比铝大4-5倍,金属嵌件妨碍尼龙的收缩,产生较大的应力,可能引起开裂,要求嵌件周围的厚度不小于嵌件金属的直径尺寸。

   •排气

   PA的粘度小,高压注射下,充模快,如果气体不能及时排出,制品容易产生气泡、灼伤等缺陷,模具必须开设排气孔或排气槽,一般开在浇口的对面,排气孔直径为Ф1.5-1mm,排气槽深度小于0.03mm。

 

•成型工艺

   1、原材料的准备

   因PA易吸湿,吸湿后对加工过程有影响,如熔体粘度下降,制品表面有气泡、银纹等。

而且制品的力学性能也明显下降。

因此,成型前必须进行干燥处理。

又PA在高温下易被氧化而变色和降解,所以,最好采用真空干燥,但在没有真空干燥条件下,也可采用常压热风干燥。

真空干燥温度为85-95℃,时间4-6H,热风干燥为:

温度:

90-100℃,时间8-10H,干燥后的PA料不宜长时间放置在空气中(不超过1-3H)。

   •成型温度

   机筒温度的选择,以PA的熔点为主要依据,同时与注塑机的类型、制品的形状、、尺寸有关。

一般在220-320℃,PA6:

220-300℃;PA66:

260-320℃,因PA的加工温度较窄,故机筒温度必须严格控制,以免熔料降解而使制品变坏。

机筒温度的设置对塑料的塑化和熔胶的快慢影响较大,机筒的中段温度要高于熔点20--40℃、低于分解温度20-30℃,前段温度比中段温度低5-10℃,后段(加料段)温度比中段温度低20-50℃;加料口处冷却必须有效;如果中段温度太低,螺杆转速过快,可能会出现卡※现象,后段温度过高,会影响输送能力,螺杆吃料慢,影响生产效率。

 

尼龙注塑加工工艺及其问题(下)

4)常见缺陷与解决方法缺陷

缺陷

原因

解决方法

1、填充不足

1、注射压力不足

2、注射速度慢

3、熔料温度低

4、排气不良

5、浇口过小

6、过胶圈磨损

1、提高注射压力

2、提高注射速度

3、提高机筒温度,

4、在未填满的部位加排气孔

5、扩大浇口尺寸或缩短浇口流道的距离

6、检查过胶圈的磨损程度,更换

2、表面无光泽

1、制品密度不足

2、填充速度慢

3、模具温度低

4、排气不良

1、增加熔胶量,提高注射压力

2、提高机筒温度,提高注射速度

3、提高模具温度

4、充分排气

3、变色

• 熔料温度过高

• 注射速度过快

• 浇口过小

• 模具排气不良

• 降低机筒温度、螺杆转速、背压

• 降低注射速度和注射压力

• 扩大浇口尺寸

• 开设或增加排气孔、槽

4、银纹

干燥不足

• 熔料温度过高

• 注射速度过快

• 材料中有杂质

• 加强干燥,加长干燥时间或采用真空干燥

• 降低机筒温度、螺杆转速

• 降低注射速度和注射压力

• 检查材料中有无杂质

• 适当增加背压

5、熔合纹

1、熔料充模后冷却快引起

2、浇口位置开设不当

1、提高注射压力、速度、机筒温度、模具温度

2、更改浇口位置,使熔合纹出现在不受负荷或不显著的部位;开设冷料井,使熔合纹处的冷料排出

6、翘曲

1、制品冷却不均匀

2、制品壁厚不均匀

3、填充过度

4、注射速度过快

1、调整模具的温度控制,使其冷却均匀

2、产品的设计尽量使其壁厚均匀

3、降低注射压力和保压压力

4、降低注射速度

7、收缩、凹陷

• 制品密度不足

• 熔料含有气体

• 制品壁厚过厚

• 热收缩大

1、增加熔胶量,提高注射压力,延长注射时间

2、充分干燥材料

3、制品厚度不要超过7—10MM

4、降低机筒温度及模具温度

8、内部裂纹

1、制品冷却过快

2、残余应力

1、提高模具温度,制品取出后浸入热水或放入烘箱中缓慢冷却

2、降低注射速度,提高模具温度

9、烧焦

1、排气不良

2、熔料温度过高

1、增加排气孔

2、降低机筒温度、注射速度

3、加大浇口

10、脱模困难、顶出破裂

1、模具的脱模锥度不足,表面光洁度不足

2、脱模顶针的位置不当或直径过小

1、加大脱模锥度,模具表面抛光

2、增加顶针数量或加大顶针直径

3、延长冷却时间,降低机筒温度、模具温度

11、下料困难或不下料

• 机筒温度设置不当

• 机筒下料口处冷却不足

• 螺杆、机筒设计不当

• 料斗、下料口堵塞

适当提高机筒中段温度、降低后段温度

• 检查冷却水管有无堵塞

• 螺杆的加料段较长、螺槽较深、该处机筒拉槽

• 检查材料中有无尺寸较长的再生料、再生料的使用比例过大。

尼龙注塑加工工艺及其问题(中)

3、注射压力

   注射压力对PA的力学影响较小。

注射压力的选择,主要依据注塑机的类型、机筒温度、制品形状、尺寸、模具结构、还取决于注射速度、注射时间、保压时间等因素。

   4、注射速度

   注射速度的选取与制品的壁厚、熔体的温度、浇口的大小等有关,对薄壁产品,注射速度可较快,而对厚壁产品则注射速度可较慢,熔体温度高,注射速度注射速度要慢些,浇口尺寸小,注射速度不能太快,否则会因剪切过量引起熔体温度过高而降解,导致制品变色和力学性能下降。

注射速度太快,也会使制品出现气泡、烧焦等缺陷。

   •螺杆转速

   适宜采用中速,转速太快会因剪切过量而使塑料降解,导致制品变色和性能下降,转速太慢,会影响熔胶的质量,同时也会因熔胶时间长而影响生产效率。

   •背压

   在保证制品质量的前提下,背压越低越好,高背压会使熔体剪切过量而过热降解。

   •模具温度

   •模具温度高,制品的硬度、密度、拉伸强度、弹性模量提高。

   •模具温度与制品的性能要求有关,对于要求伸长率、透明性好的薄制品,模具温度低些较好;而要求强度高、耐磨性好、使用变形小的厚制品,则模具温度高些好。

具体如下:

   制品厚度模具温度:

小于3mm20-40℃,3-6mm40-60℃,6-10mm60-90℃,大于10mm100℃

   3)模具温度对制品的收缩率影响很大,模温越高,收缩率越大,反之,收缩率小。

   •成型周期

   主要取决于制品的壁厚,对薄壁制品,注射时间、保压时间、冷却时间都可以较短,而厚壁制品,为防止收缩变形、凹痕、气泡等出现,注射时间、保压时间相应加长,采用高模温,冷却时间应较长。

   •制品后处理

   PA在成型过程中分子取向,冷却过程中的结晶,使制品存在一定的内应力,在以后的储放或使用过程中,制品的尺寸和形状会发生变化。

因此需要进行退火、调湿处理。

   •退火

   使用温度高于80℃或精度要求高的制品,制品脱模取出后,放于油或石蜡中退火。

退火温度高于使用温度10-20℃,时间10-60分钟。

(视制品的厚度而定)

   •调湿

   长期在潮湿或是、水溶液中使用的制品,在成型过程中,制品取出后,放于沸水或醋酸钾水溶液中1-2天。

   •机筒滞留时间

   在生产过程中,若胶温度在300℃以上,要避免熔体在机筒内滞留时间过长(20分钟),否则会过热分解,使产品变色或变脆。

若需临时停机超过20分钟,可把机筒温度降至200℃。

长时间停机时,必须使用粘度较高的聚合物来清洗机筒,可以用HDPE或PP来清洗。

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