快速熱循環(huán)注塑模及其工藝關(guān)鍵技術(shù)分析

朱韜瑜

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，塑料材料與注塑工藝技術(shù)已經(jīng)得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，塑料制品對(duì)于我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展而言也有著非常重要的意義。快速熱循環(huán)注塑模具以及相關(guān)工藝技術(shù)在人們的生活中有著巨大的價(jià)值，本文分析了快速熱循環(huán)注塑模具以及相關(guān)工藝的發(fā)展現(xiàn)狀，并針對(duì)性地提出了其中的關(guān)鍵技術(shù)，以供參考。

關(guān)鍵詞：快速熱循環(huán)；注塑模具；工藝關(guān)鍵；技術(shù)分析

最近幾年，為了滿足人們對(duì)于新型塑料制品的需求，快速熱循環(huán)注塑模具應(yīng)運(yùn)而生。此項(xiàng)技術(shù)能夠快速生產(chǎn)表面光澤的塑料，有效取消傳統(tǒng)的噴涂工藝環(huán)節(jié)，這樣可以減少因噴涂而造成的環(huán)境污染，同時(shí)又可以減少對(duì)產(chǎn)品的二次加工費(fèi)用，進(jìn)而有效的達(dá)到降低產(chǎn)品成本的目的，最終實(shí)現(xiàn)塑料制品的綠色生產(chǎn)。

一、快速熱循環(huán)注塑技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

通過對(duì)傳統(tǒng)注塑技術(shù)研究知道，傳統(tǒng)的注塑成型技術(shù)基本上采用的是一種恒定溫度控制的策略，這樣會(huì)受到成型周期的限制，因?yàn)樵谧⑺苓^程中模具溫度基本是保持不變的，并且相對(duì)較低。塑料制品在成型過程中會(huì)受到模具溫度變化的影響，當(dāng)模具溫度稍低時(shí)會(huì)導(dǎo)致聚合物熔體在流動(dòng)過程中溫度迅速降低，尤其是靠近壁面的一些聚合物熔體溫度降低最快，最終會(huì)在壁面形成冷凝層。當(dāng)冷凝層出現(xiàn)之后，會(huì)再次對(duì)熔體的流動(dòng)造成阻礙，當(dāng)兩股或者多股熔體相遇時(shí)，匯合區(qū)域會(huì)無法被充填充分。塑料表面最終也會(huì)形成熔接痕跡，后續(xù)的保壓以及冷卻都會(huì)使得熔體收縮不均勻，最終造成產(chǎn)品的凹陷以及翹曲等質(zhì)量問題。除此之外，當(dāng)模具溫度較低，還會(huì)對(duì)一些具有微小特征的產(chǎn)品帶來成型困難的問題，這對(duì)注塑技術(shù)的發(fā)展有著嚴(yán)重的制約。

通過上述我們知道，傳統(tǒng)的注塑技術(shù)是無法滿足人們對(duì)于材料制品的質(zhì)量以及精度的要求。因此，各個(gè)企業(yè)為了在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)上謀得主動(dòng)，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，注塑模具必須能夠?qū)崿F(xiàn)快速加熱與快速冷卻的要求，即模具能夠在生產(chǎn)過程中型腔可以在很短的時(shí)間之內(nèi)進(jìn)行加熱和冷卻，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)變模溫度注塑。所以，良好的溫度控制系統(tǒng)是其中的關(guān)鍵，在1998年H.Eberle就曾指出，良好的注塑模具溫度控制系統(tǒng)必須能夠?qū)崿F(xiàn)模具的快速均勻加熱與冷卻。

隨著注塑模具行業(yè)的不斷發(fā)展，人們?cè)絹碓疥P(guān)注快速熱循環(huán)注塑模具相關(guān)工藝，與傳統(tǒng)的注塑模具相關(guān)技術(shù)相比較，它可以有效的降低產(chǎn)品成本，提高生產(chǎn)效率。在生產(chǎn)過程中可以減輕或者消除注塑產(chǎn)品表面的一些痕跡缺陷等，同時(shí)在制造過程中會(huì)減輕對(duì)自然環(huán)境的污染。總而言之，快速熱循環(huán)注塑技術(shù)是一種高效率、高質(zhì)量、高精度以及低消耗的新型技術(shù)，是未來世界注塑領(lǐng)域發(fā)展的重要方向。

二、快速熱循環(huán)注塑模具相關(guān)工藝原理分析

快速熱循環(huán)注塑成型的工藝與傳統(tǒng)的注塑成型基本是一致的，主要分為7部分，即合模、射膠、保壓、冷卻、溶膠、開模、制品。主要的工藝差別在于，快速熱循環(huán)注塑成型根據(jù)各個(gè)階段的工藝特點(diǎn)，可以有效的調(diào)整模具內(nèi)溫度，其基本原理主要是：在一個(gè)生產(chǎn)注塑周期內(nèi)，快速熱循環(huán)注塑模具能夠在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)溫度較大的波動(dòng)。模具加熱階段，主要目的是為了使得模具達(dá)到聚合物熔體的熔點(diǎn)或者熱變形的溫度以上，其中主要是通過溫控系統(tǒng)來進(jìn)行調(diào)制的。之后為了確保熔體能夠處于良好的充填狀態(tài)，需要維持此溫度一段時(shí)間。接下來是聚合物熔體的注塑過程，需要將熔體注射到成型腔內(nèi)，其中具有一個(gè)保壓的過程，主要目的是為了防止熔體過早凝結(jié)，需要讓模具維持較高的溫度。當(dāng)熔體順利進(jìn)入成型腔內(nèi)，需要進(jìn)行冷卻處理，最后打開模具取出制品。

通過上述，我們可以基本得知其主要工藝就是有效控制模具生產(chǎn)過程中溫度的變化，因?yàn)闇囟鹊淖兓胺植紩?huì)直接對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此，為了制造出高質(zhì)量的塑料制品，其快速熱循環(huán)注塑模具必須具有以下特點(diǎn)：模具成型過程中對(duì)溫度的要求非常高，必須要能夠具有抗高溫的能力，成型腔表面應(yīng)光滑。目前，模具的加熱主要有兩種形式：水蒸氣加熱和加熱棒加熱。而快速熱循環(huán)注塑模具因其特殊性，所采用的加熱方式是電阻加熱技術(shù)和高頻電磁感應(yīng)加熱技術(shù)?？焖贌嵫h(huán)模具的材料應(yīng)當(dāng)符合其技術(shù)的特點(diǎn)，成型腔內(nèi)對(duì)拋光的精度極高，因此材料首先要具有高度的拋光能力。除此之外，在正常的生成過程中，加熱與冷卻是一直交替進(jìn)行的，若采用一般的材料很容易產(chǎn)生熱疲勞，進(jìn)而破壞模具結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致模具在生產(chǎn)過程中失去效果。因此，腔板材料還應(yīng)當(dāng)更具有良好的耐熱性、抗熱變形以及抗熱疲勞的能力。在模具加熱時(shí)，水蒸氣中往往會(huì)含有一些雜質(zhì)，這會(huì)對(duì)模具產(chǎn)生一定的腐蝕效果，因此模具材料還應(yīng)當(dāng)具有抗腐蝕的能力。根據(jù)以上的分析，模具可選用的材料有日本日立的CENAI，瑞典熱作模具鋼。

三、快速熱循環(huán)注塑模具相關(guān)工藝的主要特點(diǎn)

目前，世界上塑料模具制造業(yè)中快速熱循環(huán)注塑技術(shù)是最為先進(jìn)的，其主要特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)。

（一）生產(chǎn)周期短

快速熱循環(huán)在注塑成型的核心工作機(jī)理就是對(duì)模具內(nèi)溫度的調(diào)控，通過對(duì)快速熱循環(huán)注塑模具相關(guān)工藝的原理分析得知，模具采用的是快速加熱和冷卻技術(shù)，因此可以在很短的時(shí)間之內(nèi)完成此項(xiàng)環(huán)節(jié)，與傳統(tǒng)的注塑模具相比較極大的降低了注塑的時(shí)間。所以，此項(xiàng)技術(shù)可以縮短注塑成型的周期，這不僅能夠有效降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本，還可以極大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量以及成型率。通過所調(diào)查的數(shù)據(jù)得知，此項(xiàng)技術(shù)可以降低厚壁成型60%的時(shí)間。

（二）生產(chǎn)質(zhì)量高

快速熱循環(huán)技術(shù)可以有效的提高產(chǎn)品的質(zhì)量，提高產(chǎn)品的性能。通過對(duì)工藝原理分析，快速的高溫注塑可以有效的提高聚合物熔體的流動(dòng)性，這樣可以避免在注塑過程中過早出現(xiàn)冷凝的現(xiàn)象，同時(shí)因?yàn)槔淠龑拥南?，流?dòng)能力又得到了提高，因此可以有效的提高塑料產(chǎn)品表面的光滑程度，有些甚至可以達(dá)到鏡面效果。這對(duì)于改善塑料產(chǎn)品的表面質(zhì)量有著革命意義的變化。其次，此項(xiàng)技術(shù)對(duì)于一些具有微型復(fù)雜的塑料制品同樣也可以使用。

（三）生產(chǎn)精度高

傳統(tǒng)的注塑過程經(jīng)常會(huì)因?yàn)槟＞叩倪^早冷卻而導(dǎo)致出現(xiàn)短射的現(xiàn)象，因此生產(chǎn)出高精度的塑料制品是非常難的。而快速熱循環(huán)注塑技術(shù)則可以有效的解決這一問題，它能夠消除冷凝層，穩(wěn)定腔內(nèi)溫度，這樣熔體在流動(dòng)時(shí)會(huì)避免填充不足的現(xiàn)象，進(jìn)而提高成型的精度，與傳統(tǒng)的注塑相比較，此項(xiàng)技術(shù)更適用與一些對(duì)精度要求較高的塑料制品。endprint

（四）生產(chǎn)污染低

因?yàn)閭鹘y(tǒng)的注塑技術(shù)所生產(chǎn)出來的產(chǎn)品基本上都會(huì)出現(xiàn)浮纖和熔接痕等現(xiàn)象，因此產(chǎn)品必須經(jīng)過二次加工才可以進(jìn)行使用。這樣，不但極大地浪費(fèi)了原材料，還會(huì)在二次加工過程中產(chǎn)生大量的廢料。而快速熱循環(huán)注塑技術(shù)都是一次成型出具有高外觀質(zhì)量的產(chǎn)品。因此可以有效的降低能源的使用，避免廢料對(duì)環(huán)境的污染，降低成本提高效率。

四、快速熱循環(huán)注塑技術(shù)研究所存在的主要問題

快速熱循環(huán)注塑技術(shù)是一種非常綠色環(huán)保高效的成型技術(shù)，并且具有很大的發(fā)展?jié)摿?。但是，因?yàn)槭亲罱鼛啄晁l(fā)展出來的技術(shù)，因此在實(shí)際的生成過程中仍然會(huì)有一些問題需要去進(jìn)行解決和改進(jìn)的。目前，所研究的主要問題有以下兩點(diǎn)：

（一）溫控技術(shù)尚不完善

與傳統(tǒng)的注塑技術(shù)相比較，快速熱循環(huán)注塑技術(shù)是在注塑充模前加強(qiáng)了模具的快速加熱能力，同時(shí)在整個(gè)生產(chǎn)過程中，溫度的控制都會(huì)對(duì)生產(chǎn)效率及生產(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。因此，此項(xiàng)技術(shù)對(duì)溫度控制有著非常嚴(yán)格的要求。但是目前對(duì)溫度控制技術(shù)的研究尚未完善，一些動(dòng)態(tài)的溫控技術(shù)存在著一些問題：溫度控制不精準(zhǔn)、模具使用壽命短、加熱冷卻效率低等現(xiàn)象。整個(gè)溫度控制過程缺乏一個(gè)高效穩(wěn)定的控制方案和系統(tǒng)，無法滿足一些大批量的工業(yè)化生產(chǎn)，這極大的限制了快速熱循環(huán)注塑技術(shù)的發(fā)展。

（二）注塑工藝參數(shù)分析問題

快速熱循環(huán)注塑技術(shù)主要的幾項(xiàng)參數(shù)有：注塑壓力、保壓壓力、注塑速度以及熔體流動(dòng)時(shí)的溫度。這幾項(xiàng)注塑參數(shù)會(huì)產(chǎn)品的成型率和質(zhì)量都會(huì)產(chǎn)生重要的影響，因此必須加大對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的理解與應(yīng)用，在生產(chǎn)之前必須對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。但是，目前的現(xiàn)象是國(guó)內(nèi)外的快速熱循環(huán)注塑模具的企業(yè)主要研究方向在于對(duì)溫度的控制，對(duì)注塑工藝參數(shù)系統(tǒng)的研究相對(duì)還是有一些缺乏。

五、快速熱循環(huán)注塑模具的發(fā)展前景

通過上述分析可以知道，快速熱循環(huán)注塑技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)是非常明顯的，對(duì)其研究也是國(guó)內(nèi)外注塑領(lǐng)域所的焦點(diǎn)，因此許多國(guó)家都申請(qǐng)了專利保護(hù)特權(quán)。但是因?yàn)閷?duì)快速熱循環(huán)注塑技術(shù)的研究開發(fā)，我國(guó)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)尚不充分。然而，隨著人們對(duì)塑料制品的要求越來越高，快速熱循環(huán)注塑技術(shù)必將成為注塑領(lǐng)域的發(fā)展主流。

六、結(jié)束語

快速熱循環(huán)注塑技術(shù)能夠極大的改變現(xiàn)代社會(huì)塑料制品的生成方式，對(duì)于我們?nèi)粘Ｉ疃砸簿哂兄匾饬x。這項(xiàng)技術(shù)是現(xiàn)代化科學(xué)發(fā)展的產(chǎn)物，我們應(yīng)當(dāng)積極投入對(duì)其的研究工作，今后還可以將人工智能技術(shù)融入其中，優(yōu)化模具的結(jié)構(gòu)，有效的解決目前所存在的一些主要問題，尤其解決溫度調(diào)控技術(shù)以及注塑工藝參數(shù)問題，爭(zhēng)取將此項(xiàng)技術(shù)能夠應(yīng)用大批量工業(yè)化生產(chǎn)，為注塑產(chǎn)品的生產(chǎn)帶來更好的服務(wù)。endprint