PVC-U管件注塑成型中的幾個問題（二）
欄目：行業動態 發布時間：2021-06-01 15:53
1.靜止時間=1min 2.靜止時間=5min 此外存料區熔體溫度受注射量的影響:注射量 加大時,熔體溫差較大,見圖3[2] 。 圖3 注射量與熔體溫度的關系 2 制品表面的黃紋、黑紋、黑點 在生產中制品表...
1.靜止時間=1min
2.靜止時間=5min
此外存料區熔體溫度受注射量的影響:注射量
加大時,熔體溫差較大,見圖3[2]
。
圖3 注射量與熔體溫度的關系
2 制品表面的黃紋、黑紋、黑點
在生產中制品表面時常出現黃紋、黑紋、黑點,
尤其是在澆口附近的內外表面常有大量黑點,而其它部位和剖面都沒有。以上均是PVC 分解所致,PVC 分解變色過程為:白色→粉紅色→淺黃色→紅色→褐色→黑色,以黃色和黑色較常見。至于黑點和黑紋,實際上是分解的PVC 的不同表現形式而已,當黑紋被沖散打亂時,就呈無規則分布的黑點。
產生黃、黑紋及黑點的原因很多,而且表現各不相同。下面僅就幾種較常見的情況作一分析,較早先分析物料充模的過程:位于存料區的熔體在螺桿的高壓推動下,經過噴嘴高速剪切,進入主流道→分流道→澆口→模腔。由于模具通常通有冷卻水,模溫遠低于料溫,所以先接觸模具的熔體冷凝覆在流道表面,形成冷凍皮層(很薄)。后面的熔體不斷涌來,其表面與較冷空氣接觸,從而形成一個粘度很高的前沿膜(波前),后面的熔體不斷沖破膜壁,形成新的前沿膜。在充模過程中,冷凍皮層與前沿膜交替出現,當形成的冷凍皮層不能覆蓋住流道表面微小的突起時,PVC流經該處時就會過度剪切而分解成黑色條紋,并被后面涌來的熔體沖散呈黑點狀分布在隨后形成的冷凍皮層中,這就是為什么黑點只分布在制品內外表面而剖面則沒有的原因。
當料筒溫度過高時,通常是制品整個表面呈黃色或褐色,黑色的情況很少,這時制品很脆。
當物料中摻用的回收研磨粉中混有分解料時,這些雜質隨物料運動無規分布于制品之中,制品剖面中也會有,且與周圍正常的膠料融合較差。
當螺桿被腐蝕時,通常會在制品表面出現曲線狀的黃、黑紋;若被腐蝕處粘附的PVC分解,會在制品表面出現黑點,但黑點能與周圍正常的膠料融合。
當模具排氣不暢時,由于空氣壓縮而產生熱量灼傷制品,呈黃色或黑色紋狀分布在排氣槽附近。
當噴嘴不光滑時,由于噴嘴有外加熱,通常無法形成冷凍皮層,整個存料區的物料經過該處時,都會剪切分解而在制品表面形成大面積的黑點。
當主流道不光滑時,由于冷凍皮層一般較薄,其不能覆蓋住微小的突起時,PVC物料流經該處時,表現同上。這種情況在新建的注塑廠中較為普遍:當拉料桿斷在定模中時,由于取出較為困難,常用細銅棒將其鑿出。雖然PVC注塑模具主流道的材質多是含鉻的高耐腐蝕性鋼材,比銅堅硬,但若經常這樣做,而不及時修模,仍會損傷主流道表面。
另外需要指出的是,在很多注塑廠中,用于修模的工具十分簡單,尤其是在修改模具澆口時,多用一般的車刀(如643型、YW2型車刀)加工,修好后,用砂布輪打磨一下,較后用羊毛球手動拋光處理。其實這樣做是不夠的,若對拋光后的模具表面局部放大,仍可見表面凹凸不平。拋光并不能改變車刀加工后形成的表面粗糙度,改變的僅是表面光亮度,表面粗糙度是由加工的車刀和打磨砂紙的粒度決定的。還要指出的是僅用一種較粗的砂紙打磨也是不夠的,筆者曾在某摩托車廠工作過,他們處理金相樣品時的程序值得借鑒:對滲氮、滲碳后的樣品先用較粗的砂紙打磨,然后逐級增加砂紙的粒度直至1500目以上,較后再用拋光機機械拋光,而不是用1500目的砂紙直接打磨一道工序,因為這樣做,樣品表面粗糙度并沒有多少改變。這一點有時被忽視了,誤以為只要打磨后,再拋光即可滿足要求。實際上,拋光后,注射時制品澆口附近仍可能會有大量黑點,當然嚴重時會分布于整個制品表面。
不過若用上述觀點,要求通過逐級打磨拋光模具來完全消除黑點也是不現實的,這時可通過調整注塑工藝參數來減輕這些缺陷(但主要原因仍在修模上):制品表面黑點及分布與注射時各段的速度、壓力有關系,若制品總在某個部位出現黑點,也可用欠充注射法找到該缺陷點的位置,再以該位置為區間,分別設置各段的速度、壓力,適當減小缺陷點所在位置的注射速度、壓力,但此時宜注意提高料溫,以防注射時間的延長而影響制品熔接痕的強度。
3 模具溫度
由于制品冷卻時間在注塑產品的整個生產周期中占主要部分,為縮短生產周期,模具中一般通有冷卻水,適宜的模溫在40~60℃,過低的模溫雖然大大縮短了生產周期,但對制品的外觀、性能都產生影響。在注射過程中,若模溫過低,注射速度和壓力偏低時,制品表面常會出現皺紋或裂紋,尺寸穩定性差,并會影響熔接痕的強度。尤其是在夏天氣溫較高時,當制品脫模后,模具型腔內很快會覆上一層冷凝水汽,再次注塑時,冷凝水汽與高溫熔體相遇:
(1)低溫的冷凝水汽使熔體前沿膜(波前)粘度增大,大大阻止了后續熔體的前進,當熔體受到膜壁過多的阻止而不能前進時,熔體只可轉向模壁方向,并很快凍結,使得制品欠注且注射壓力損失很大。
(2)冷凝水汽汽化,使模具排氣不暢,會在制品表面形成氣斑;當物料快速沖模時還會因空氣壓縮而灼傷制品,形成黃斑甚至黑斑;有時甚至會在制品中卷入氣泡,影響墜落、液壓試驗。
需要說明的是由于模具通有冷卻水,因此關注模具溫度不如關注制品脫模后的溫度更現實。通過分析生產前后模具的熱影像圖(本刊略———編者)可以知道,正常生產時,模具溫度一般并不高,各處型腔有效接觸面的溫差在5℃之內。PVC2U管件精度要求不如精密注射管件的高,這些溫差的影響并不大,只是在抽芯機構結合處由于夾有空氣而比其他部位高出許多,其對制品的影響還需進一步考慮。4 大口徑管件的生產
大口徑管件自身重量大,所用樹脂為SG26或SG27型PVC樹脂,其力學強度小于PVC2U管材樹脂,墜落試驗難以通過。常規的改進方法是在配方中加入抗沖改性劑,以氯化聚乙烯(CPE)較為常用。但是加入CPE后,在制品澆口附近內外表面常有大片大量的脫皮,其他部位則沒有,嚴重影響制品外觀,同時拉料桿上也有一層幾乎與料桿分離的硬殼。
電子顯微鏡研究表明:用CPE改性的PVC在加工過程中,CPE包囊了PVC基本粒子并在PVC 基體中形成蜂窩狀的網絡,但這種網絡結構在受剪切力方面非常敏感,其加工范圍也很窄,過多的剪切則往往會破壞網絡結構[3]。大口徑管件的注射速度、壓力都較高,物料經過澆口時,剪切速率急劇增大,由于彈性體CPE與PVC的相容僅發生在CPE 高氯鏈段與PVC界面,二者整體相容性有限,加上分子量的差異,導致CPE部分析出,呈不規則狀分布在冷凍皮層中。而PVC管件配方中潤滑劑較多,且有高分子型加工助劑對潤滑劑溶解度的改變,使得“粘壁”的PVC轉變成一種“滑壁”材料[3],加之模具溫度較低,冷凍皮層并不緊緊粘附在模具表面,而是形成微小空隙。隨著注射的進行,析出的CPE在澆口附近形成冷凍皮層后,會繼續容納后續析出形成的冷凍皮層,后者不斷沖破先前形成的冷凍皮層。由于大口徑管件較厚,多采用直接澆口,這樣就在澆口附近內外表面形成大片脫皮。
由前面分析的物料充模過程可知:模壁處冷凍皮層的線速度和切變速率幾乎為零,當模壁處流速為零,必有在波前處由中心至模壁的徑向輻射形流動,這樣使模腔充滿。這樣的料流在未接觸模壁時處于高溫低剪切狀態,一旦接觸模壁立刻凝固,因而在模壁處的物料很少有分子取向。由于冷凍皮層起著絕熱作用,所以貼近冷凍皮層的那層高聚物并不立即凝固,此層中的高分子鏈的一端被凝固附著在冷凍皮層中,而物料流在切應力作用下將分子鏈的另一端引向流動方向而取向。由于大口徑管件生產周期長,模具冷卻時間長,物料冷卻收縮后,在速度梯度上分層的物料便分離開,形成拉料桿上的硬殼。
我們在對抗沖改性劑進行選擇后,發現使用納米碳酸鈣(50~70nm級CaCO3)改性PVC生產大口徑管件效果很好。由于納米CaCO3是無機剛性粒子,避免了澆口附近脫皮,拉料桿上的硬殼也消失了。納米CaCO3抗沖改性的效果比CPE還要好,而且制品的拉伸屈服強度、斷裂伸長率和簡支梁沖擊性能等均有大幅上升。
此外還發現使用納米CaCO3改性PVC生產大口徑管件,機器操作穩定性大大提高,開機時間和生產周期都有明顯縮短,產品外觀缺陷大大減少,光澤也十分明亮。更明顯的是產品一次成品率提高三至四倍,以往生產大口徑管件需反復調試,較順利時也需過渡六至七模產品,而使用納米CaCO3改性PVC 后,通常只需過渡一至兩模即可成功。
5 回收料
在注塑生產中,澆注系統的冷凝料所占比例不小,生產中也多將其研磨成粉加以回收利用。這里值得注意的是:回收料在加工過程中,分子鏈已發生物理、化學交鏈,分子鏈的有效長度變短。研磨后,大量長鏈又被打斷,使得分子間作用力大大減少;同時回收料中混有許多雜質和灰塵,增加了制品內應力,其再次塑化時,不但缺陷點多,而且分子鏈間交鏈點的數量和強度下降,這些因素使得回收料的性能大大下降,嚴重影響制品的液壓試驗及墜落試驗。此外回收料中的水分也值得關注,由于一般的注塑機沒有真空抽氣的裝置,僅靠加料口來排氣,其效果有限。微量的水分混入高溫熔體中而汽化,冷卻后,氣泡體積收縮,因而在制品中留下許多微小的孔穴。制品墜落時,極易破碎。嚴重時,烘箱試驗前后制品的色水也會發生變化,所以對于回收料應予以降級使用。
6 結論
(1)合理地設置多級分段,可有效改善制品品質;
(2)正確的修模,配以適當的注射工藝,可大大減少制品表面黑點;
(3)合理設定模具溫度,充分關注制品脫模后的溫度是PVC2U管件生產中的一個重要因素;
(4)使用納米CaCO3改性PVC生產大口徑管件十分有效,也是可行的;
(5)慎重使用回收料是提高制品性能的一個方面。
無錫嘉弘塑料科技有限公司擁有近30年的PVC粒料的研發、造粒生產經驗。專業技術服務團隊可為客戶提供一站式系統解決方案。如想了解更多關于產品的信息，歡迎登錄我們的官網∶ezoj.cn，咨詢在線客服或撥打熱線。固話：0510-68755207 手機：15190220696，我們將竭誠為您服務。
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2.靜止時間=5min
此外存料區熔體溫度受注射量的影響:注射量
加大時,熔體溫差較大,見圖3[2]
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圖3 注射量與熔體溫度的關系
2 制品表面的黃紋、黑紋、黑點
在生產中制品表面時常出現黃紋、黑紋、黑點,
尤其是在澆口附近的內外表面常有大量黑點,而其它部位和剖面都沒有。以上均是PVC 分解所致,PVC 分解變色過程為:白色→粉紅色→淺黃色→紅色→褐色→黑色,以黃色和黑色較常見。至于黑點和黑紋,實際上是分解的PVC 的不同表現形式而已,當黑紋被沖散打亂時,就呈無規則分布的黑點。
產生黃、黑紋及黑點的原因很多,而且表現各不相同。下面僅就幾種較常見的情況作一分析,較早先分析物料充模的過程:位于存料區的熔體在螺桿的高壓推動下,經過噴嘴高速剪切,進入主流道→分流道→澆口→模腔。由于模具通常通有冷卻水,模溫遠低于料溫,所以先接觸模具的熔體冷凝覆在流道表面,形成冷凍皮層(很薄)。后面的熔體不斷涌來,其表面與較冷空氣接觸,從而形成一個粘度很高的前沿膜(波前),后面的熔體不斷沖破膜壁,形成新的前沿膜。在充模過程中,冷凍皮層與前沿膜交替出現,當形成的冷凍皮層不能覆蓋住流道表面微小的突起時,PVC流經該處時就會過度剪切而分解成黑色條紋,并被后面涌來的熔體沖散呈黑點狀分布在隨后形成的冷凍皮層中,這就是為什么黑點只分布在制品內外表面而剖面則沒有的原因。
當料筒溫度過高時,通常是制品整個表面呈黃色或褐色,黑色的情況很少,這時制品很脆。
當物料中摻用的回收研磨粉中混有分解料時,這些雜質隨物料運動無規分布于制品之中,制品剖面中也會有,且與周圍正常的膠料融合較差。
當螺桿被腐蝕時,通常會在制品表面出現曲線狀的黃、黑紋;若被腐蝕處粘附的PVC分解,會在制品表面出現黑點,但黑點能與周圍正常的膠料融合。
當模具排氣不暢時,由于空氣壓縮而產生熱量灼傷制品,呈黃色或黑色紋狀分布在排氣槽附近。
當噴嘴不光滑時,由于噴嘴有外加熱,通常無法形成冷凍皮層,整個存料區的物料經過該處時,都會剪切分解而在制品表面形成大面積的黑點。
當主流道不光滑時,由于冷凍皮層一般較薄,其不能覆蓋住微小的突起時,PVC物料流經該處時,表現同上。這種情況在新建的注塑廠中較為普遍:當拉料桿斷在定模中時,由于取出較為困難,常用細銅棒將其鑿出。雖然PVC注塑模具主流道的材質多是含鉻的高耐腐蝕性鋼材,比銅堅硬,但若經常這樣做,而不及時修模,仍會損傷主流道表面。
另外需要指出的是,在很多注塑廠中,用于修模的工具十分簡單,尤其是在修改模具澆口時,多用一般的車刀(如643型、YW2型車刀)加工,修好后,用砂布輪打磨一下,較后用羊毛球手動拋光處理。其實這樣做是不夠的,若對拋光后的模具表面局部放大,仍可見表面凹凸不平。拋光并不能改變車刀加工后形成的表面粗糙度,改變的僅是表面光亮度,表面粗糙度是由加工的車刀和打磨砂紙的粒度決定的。還要指出的是僅用一種較粗的砂紙打磨也是不夠的,筆者曾在某摩托車廠工作過,他們處理金相樣品時的程序值得借鑒:對滲氮、滲碳后的樣品先用較粗的砂紙打磨,然后逐級增加砂紙的粒度直至1500目以上,較后再用拋光機機械拋光,而不是用1500目的砂紙直接打磨一道工序,因為這樣做,樣品表面粗糙度并沒有多少改變。這一點有時被忽視了,誤以為只要打磨后,再拋光即可滿足要求。實際上,拋光后,注射時制品澆口附近仍可能會有大量黑點,當然嚴重時會分布于整個制品表面。
不過若用上述觀點,要求通過逐級打磨拋光模具來完全消除黑點也是不現實的,這時可通過調整注塑工藝參數來減輕這些缺陷(但主要原因仍在修模上):制品表面黑點及分布與注射時各段的速度、壓力有關系,若制品總在某個部位出現黑點,也可用欠充注射法找到該缺陷點的位置,再以該位置為區間,分別設置各段的速度、壓力,適當減小缺陷點所在位置的注射速度、壓力,但此時宜注意提高料溫,以防注射時間的延長而影響制品熔接痕的強度。
3 模具溫度
由于制品冷卻時間在注塑產品的整個生產周期中占主要部分,為縮短生產周期,模具中一般通有冷卻水,適宜的模溫在40~60℃,過低的模溫雖然大大縮短了生產周期,但對制品的外觀、性能都產生影響。在注射過程中,若模溫過低,注射速度和壓力偏低時,制品表面常會出現皺紋或裂紋,尺寸穩定性差,并會影響熔接痕的強度。尤其是在夏天氣溫較高時,當制品脫模后,模具型腔內很快會覆上一層冷凝水汽,再次注塑時,冷凝水汽與高溫熔體相遇:
(1)低溫的冷凝水汽使熔體前沿膜(波前)粘度增大,大大阻止了后續熔體的前進,當熔體受到膜壁過多的阻止而不能前進時,熔體只可轉向模壁方向,并很快凍結,使得制品欠注且注射壓力損失很大。
(2)冷凝水汽汽化,使模具排氣不暢,會在制品表面形成氣斑;當物料快速沖模時還會因空氣壓縮而灼傷制品,形成黃斑甚至黑斑;有時甚至會在制品中卷入氣泡,影響墜落、液壓試驗。
需要說明的是由于模具通有冷卻水,因此關注模具溫度不如關注制品脫模后的溫度更現實。通過分析生產前后模具的熱影像圖(本刊略———編者)可以知道,正常生產時,模具溫度一般并不高,各處型腔有效接觸面的溫差在5℃之內。PVC2U管件精度要求不如精密注射管件的高,這些溫差的影響并不大,只是在抽芯機構結合處由于夾有空氣而比其他部位高出許多,其對制品的影響還需進一步考慮。4 大口徑管件的生產
大口徑管件自身重量大,所用樹脂為SG26或SG27型PVC樹脂,其力學強度小于PVC2U管材樹脂,墜落試驗難以通過。常規的改進方法是在配方中加入抗沖改性劑,以氯化聚乙烯(CPE)較為常用。但是加入CPE后,在制品澆口附近內外表面常有大片大量的脫皮,其他部位則沒有,嚴重影響制品外觀,同時拉料桿上也有一層幾乎與料桿分離的硬殼。
電子顯微鏡研究表明:用CPE改性的PVC在加工過程中,CPE包囊了PVC基本粒子并在PVC 基體中形成蜂窩狀的網絡,但這種網絡結構在受剪切力方面非常敏感,其加工范圍也很窄,過多的剪切則往往會破壞網絡結構[3]。大口徑管件的注射速度、壓力都較高,物料經過澆口時,剪切速率急劇增大,由于彈性體CPE與PVC的相容僅發生在CPE 高氯鏈段與PVC界面,二者整體相容性有限,加上分子量的差異,導致CPE部分析出,呈不規則狀分布在冷凍皮層中。而PVC管件配方中潤滑劑較多,且有高分子型加工助劑對潤滑劑溶解度的改變,使得“粘壁”的PVC轉變成一種“滑壁”材料[3],加之模具溫度較低,冷凍皮層并不緊緊粘附在模具表面,而是形成微小空隙。隨著注射的進行,析出的CPE在澆口附近形成冷凍皮層后,會繼續容納后續析出形成的冷凍皮層,后者不斷沖破先前形成的冷凍皮層。由于大口徑管件較厚,多采用直接澆口,這樣就在澆口附近內外表面形成大片脫皮。
由前面分析的物料充模過程可知:模壁處冷凍皮層的線速度和切變速率幾乎為零,當模壁處流速為零,必有在波前處由中心至模壁的徑向輻射形流動,這樣使模腔充滿。這樣的料流在未接觸模壁時處于高溫低剪切狀態,一旦接觸模壁立刻凝固,因而在模壁處的物料很少有分子取向。由于冷凍皮層起著絕熱作用,所以貼近冷凍皮層的那層高聚物并不立即凝固,此層中的高分子鏈的一端被凝固附著在冷凍皮層中,而物料流在切應力作用下將分子鏈的另一端引向流動方向而取向。由于大口徑管件生產周期長,模具冷卻時間長,物料冷卻收縮后,在速度梯度上分層的物料便分離開,形成拉料桿上的硬殼。
我們在對抗沖改性劑進行選擇后,發現使用納米碳酸鈣(50~70nm級CaCO3)改性PVC生產大口徑管件效果很好。由于納米CaCO3是無機剛性粒子,避免了澆口附近脫皮,拉料桿上的硬殼也消失了。納米CaCO3抗沖改性的效果比CPE還要好,而且制品的拉伸屈服強度、斷裂伸長率和簡支梁沖擊性能等均有大幅上升。
此外還發現使用納米CaCO3改性PVC生產大口徑管件,機器操作穩定性大大提高,開機時間和生產周期都有明顯縮短,產品外觀缺陷大大減少,光澤也十分明亮。更明顯的是產品一次成品率提高三至四倍,以往生產大口徑管件需反復調試,較順利時也需過渡六至七模產品,而使用納米CaCO3改性PVC 后,通常只需過渡一至兩模即可成功。
5 回收料
在注塑生產中,澆注系統的冷凝料所占比例不小,生產中也多將其研磨成粉加以回收利用。這里值得注意的是:回收料在加工過程中,分子鏈已發生物理、化學交鏈,分子鏈的有效長度變短。研磨后,大量長鏈又被打斷,使得分子間作用力大大減少;同時回收料中混有許多雜質和灰塵,增加了制品內應力,其再次塑化時,不但缺陷點多,而且分子鏈間交鏈點的數量和強度下降,這些因素使得回收料的性能大大下降,嚴重影響制品的液壓試驗及墜落試驗。此外回收料中的水分也值得關注,由于一般的注塑機沒有真空抽氣的裝置,僅靠加料口來排氣,其效果有限。微量的水分混入高溫熔體中而汽化,冷卻后,氣泡體積收縮,因而在制品中留下許多微小的孔穴。制品墜落時,極易破碎。嚴重時,烘箱試驗前后制品的色水也會發生變化,所以對于回收料應予以降級使用。
6 結論
(1)合理地設置多級分段,可有效改善制品品質;
(2)正確的修模,配以適當的注射工藝,可大大減少制品表面黑點;
(3)合理設定模具溫度,充分關注制品脫模后的溫度是PVC2U管件生產中的一個重要因素;
(4)使用納米CaCO3改性PVC生產大口徑管件十分有效,也是可行的;
(5)慎重使用回收料是提高制品性能的一個方面。
無錫嘉弘塑料科技有限公司擁有近30年的PVC粒料的研發、造粒生產經驗。專業技術服務團隊可為客戶提供一站式系統解決方案。如想了解更多關于產品的信息，歡迎登錄我們的官網∶ezoj.cn，咨詢在線客服或撥打熱線。固話：0510-68755207 手機：15190220696，我們將竭誠為您服務。
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