注塑工藝參數(shù)對高抗沖聚苯乙烯產(chǎn)品光澤度的影響

朱 軍， 張 璐,關(guān) 莉， 諶基國， 龔樹鵬

(1.中國石油獨山子石化公司研究院， 新疆 獨山子 833699；2.新疆橡塑材料實驗室， 新疆 獨山子 833699；3.中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化分公司 科技信息處，新疆 獨山子 833699)

注塑工藝參數(shù)對高抗沖聚苯乙烯產(chǎn)品光澤度的影響

朱 軍1，2， 張 璐1，2,關(guān) 莉1，2， 諶基國1，2， 龔樹鵬3

(1.中國石油獨山子石化公司研究院， 新疆 獨山子 833699；2.新疆橡塑材料實驗室， 新疆 獨山子 833699；3.中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化分公司 科技信息處，新疆 獨山子 833699)

通過改變注塑工藝參數(shù)，研究了注塑工藝對高抗沖聚苯乙烯(HIPS)產(chǎn)品的光澤度的影響。結(jié)果表明：隨著熔體溫度的升高，產(chǎn)品的光澤度明顯提高；當模具溫度為65 ℃時，產(chǎn)品的光澤度達到86.6%，可以滿足廠家對高光制品的需求；當注射壓力控制在7.5 MPa左右時，產(chǎn)品的光澤度最好；隨著注射速度的增加，產(chǎn)品的光澤度不斷增加；當保壓壓力在7 MPa左右時，產(chǎn)品的光澤度最好；延長保壓時間，可提高產(chǎn)品的光澤度，當保壓時間超過20 s后，產(chǎn)品的光澤度幾乎不變。

注塑； 光澤度； 溫度； 壓力

Abstract：The influence of injection molding technology on the glossiness of high impact polystyrene(HIPS)products was investigated by changing the injection process parameters.The results show that with the increase of melt temperature,the glossiness of products was obviously increased.When the mould temperature was 65 ℃,the glossiness of products reached 86.6%,can meet the demand of high gloss products manufacturers.When the injection pressure was about 7.5 MPa,the glossiness of products is the best.With the increase of injection speed,the glossiness of the product increased continuously.When the holding pressure is about 7 MPa,the product has the best glossiness.Prolonging the holding time could improve the glossiness of products.When the holding time is over 20 s,the glossiness of products was almost unchanged.

Keywords：injection; glossiness; temperature; pressure

0 前言

由于橡膠改性的高抗沖聚苯乙烯(high impact polystyrene，HIPS)比均聚聚苯乙烯具有較高的抗沖性能而廣泛用于家電和辦公設(shè)備外殼。但是因為HIPS較大的橡膠粒子對光的散射作用，使得HIPS的光澤度大為下降，其光澤度不如丙烯晴-丁二烯-苯乙烯(ABS)樹脂。隨著人們生活水平的提高，對各種制件的表面性能的要求越來越高，因而HIPS外觀缺點已成為這種樹脂被廣泛應(yīng)用的障礙。

通常分散在聚苯乙烯中的橡膠粒徑越小，其表面光澤度越好，但沖擊強度越差，因此，一般通過犧牲部分沖擊性能來獲得較好的表面光澤度。也有通過噴涂底漆方法使HIPS制品在不損失沖擊性能的同時，使其表面具有較高的光澤度，但隨之也會帶來一些問題，如：增加成本、底漆中溶劑揮發(fā)造成的污染等。

本文研究注塑工藝參數(shù)，包括熔體溫度、模具溫度、注射壓力、注射速度等6個參數(shù)對HIPS產(chǎn)品光澤度的影響，以期通過注塑工藝的調(diào)整，來達到生產(chǎn)HIPS高光產(chǎn)品的目的。

1 實驗部分

1.1實驗原料

高抗沖聚苯乙烯(HIPS)：中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化分公司的HIE-1。

1.2儀器和設(shè)備

注塑機：ERGOTECH50-200DRAGON，德國德馬格公司；

光澤度儀：NGL-20/60型，英國RHOPOINT公司。

1.3分析測試方法

按照GB/T 8807—1988《塑料鏡面光澤試驗方法》測試注塑制樣的光澤度，測試角為60°。

測試光澤度樣片的尺寸為60 mm×60 mm，厚度為2 mm，采用雙模注塑。

2 結(jié)果與討論

2.1溫度對產(chǎn)品光澤度的影響

在HIPS加工過程中，熔體溫度過低或過高對于其成型都會產(chǎn)生不良的影響：熔體溫度過高，HIPS產(chǎn)品容易分解，產(chǎn)生小分子產(chǎn)品，同時注塑件易發(fā)黃；熔體溫度過低，產(chǎn)品流動速率較低，在影響注塑周期的同時，產(chǎn)品可能會出現(xiàn)熔接痕、充模不完全的現(xiàn)象。所以必須充分控制注塑過程中的熔體溫度[1-2]，加工HIPS產(chǎn)品的熔體溫度一般為200～250 ℃。圖1考察了熔體溫度對HIPS光澤度的影響。由圖1中的數(shù)據(jù)可見，隨著注塑熔體溫度的升高，產(chǎn)品的光澤度明顯升高。其原因可能是：隨著注塑溫度升高，熔體的黏度降低，產(chǎn)品流動性提高，對模具的復(fù)制能力增強，產(chǎn)品的光澤度增加。

圖1 HIPS光澤度隨熔體溫度變化曲線

冷卻系統(tǒng)設(shè)計不合理或模具溫度過低，都會加快熔料的固化，容易出現(xiàn)低溫熔料進入模腔后產(chǎn)生熔接痕[3-4]。一般條件下，注塑聚苯乙烯時，其模具溫度多為35～50 ℃，在現(xiàn)有設(shè)備允許的情況下，圖2考察了模具溫度為45～65 ℃時，模具溫度對產(chǎn)品光澤度的影響。

圖2 HIPS光澤度隨模具溫度變化曲線

由圖2中的數(shù)據(jù)可見，隨著模具溫度的升高，產(chǎn)品的光澤度明顯升高，當模具溫度達到65 ℃時，產(chǎn)品的光澤度達到86.6%(據(jù)調(diào)研，高光制品生產(chǎn)廠家對高光產(chǎn)品的要求為60°的光澤度大于85%)，可以滿足廠家對高光制品的需求。其原因可能為：隨著模具溫度的升高，熔體在模具中的流動性和可塑性增加，其復(fù)制模具的程度越高，產(chǎn)品的光澤度越好。

2.2注射對產(chǎn)品光澤度的影響

圖3和圖4分別考察了注射壓力和注射速度對產(chǎn)品的光澤度的影響。

圖3 HIPS光澤度隨注射壓力變化曲線

圖4 HIPS光澤度隨注射速度變化曲線

注射壓力是指模具閉合后注塑機螺桿將熔料通過流道推入模腔內(nèi)的壓力。注塑工藝中的注射壓力對塑料制件的最終產(chǎn)品產(chǎn)生多方面的影響[5-6]，例如形成飛邊、表面霧化、難脫模、表面質(zhì)量差和粘模等，所以采用適當?shù)淖⑸鋲毫κ谦@得高質(zhì)量產(chǎn)品的關(guān)鍵。當注射壓力過大，填充過量，原料的成型收縮率減小，開模后可能出現(xiàn)脫模困難。同時過高的壓力，還可能使得塑件表面產(chǎn)生搓痕或皺紋，使得產(chǎn)品的光澤度受到影響。由圖3可見，隨著注射壓力的增加，產(chǎn)品的光澤度呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，當壓力到達7.5 MPa左右時，產(chǎn)品的光澤度略有下降并開始趨于平穩(wěn)。由此可見，注塑高光產(chǎn)品時，注射壓力應(yīng)控制在7.5 MPa左右。

注射速度不但對注塑的效率有影響，而且對塑件的質(zhì)量也會產(chǎn)生影響。注塑時的充滿速度會影響到塑料分子的取向，凝結(jié)后會在塑料內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。當內(nèi)應(yīng)力達到一定程度(或放置時間長了之后)，塑件就會產(chǎn)生翹曲變形，所以注射速度的取值必須適當。若注射速度太快，對模具產(chǎn)生的張開力大增，如果鎖模力不足，就會導(dǎo)致溢料，產(chǎn)生飛邊等缺陷。當注塑需要較低溫度時，熔體黏度較高，對于流動性差的塑料原料，應(yīng)采用較大的注射速度。過高的注射速度不利于型腔內(nèi)的空氣排出，容易在型腔內(nèi)形成局部或氣泡狀的高壓和高溫，使塑料分解，造成氣泡和燒焦等缺陷。熔料流動太快會受到大的剪切力作用而分解；熔料流動太慢會因熔料注射入模具型腔不及時或流動不暢而使塑件表面產(chǎn)生銀紋或螺旋狀波流痕；又或者熔料從小截面流入大截面的型腔的速度慢而形成湍流，造成塑件表面不夠光潔或出現(xiàn)波流痕[7-8]。由此可見，注射速度對產(chǎn)品的光澤度具有較大影響。如圖4所示，隨著注射速度的增加，產(chǎn)品的光澤度不斷增加。其原因可能是：由于注射速度的提高，剪切力提高，熔體的黏度下降，流動性增加，對模具的復(fù)制能力增強。

2.3保壓對產(chǎn)品光澤度的影響

圖5和圖6分別考察了保壓壓力和保壓時間對產(chǎn)品光澤度的影響。

圖5 HIPS光澤度隨保壓壓力變化曲線

圖6 HIPS光澤度隨保壓時間變化曲線

保壓壓力與注射壓力對注塑產(chǎn)品性能影響規(guī)律相當，保壓壓力調(diào)節(jié)不當，同樣會造成飛邊、表面霧化、難脫模、表面質(zhì)量差和粘模等質(zhì)量問題。如圖5所示，保壓壓力對產(chǎn)品光澤度的影響呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，當保壓壓力在7 MPa左右時，產(chǎn)品的光澤度最好，這對注射壓力控制值幾乎相當。

由圖6的數(shù)據(jù)可見，延長保壓時間，產(chǎn)品光澤度提高，保壓時間超過20 s后，產(chǎn)品的光澤度幾乎不變。

3 結(jié)論

本文研究了注塑工藝對HIPS產(chǎn)品光澤度的影響，產(chǎn)品的光澤度與材料復(fù)制模具的能力有關(guān)，熔體溫度、模具溫度、注射速度對產(chǎn)品的光澤度的影響較大。研究結(jié)果表明，隨著材料的流動性增加，復(fù)制模具的能力增加，產(chǎn)品的光澤度提高較為顯著，注射壓力、保壓壓力和保壓時間也會在一定程度上提高制品光澤度，但影響程度不如其余參數(shù)，且拐點較為明顯。

[1] 張維合.注塑模具設(shè)計實用手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[2] 李海梅，高峰，申長雨.注射制品常見的缺陷及對策[J].工程塑料應(yīng)用,2003,31(4)：48-51.

[3] 王樹勛.注塑模具設(shè)計[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2005.

[4] 許荔珉，李澎，胡炯宇.注塑成型質(zhì)量缺陷及處理方法[J].模具工業(yè),2006,32(3)：61-64.

[5] 池成忠.塑料成型工藝與模具設(shè)計[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[6] 劉法謙，燕立唐，李榮勛，等.注射成型缺陷及解決方法[J].橡塑技術(shù)與裝備，2002,28(8)：11-17.

[7] 卡茲莫.注塑模具設(shè)計工程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2014.

[8] 張惠敏，焦冬梅.流體輔助注射成型技術(shù)[J].上海塑料，2004(1)：21-24.

TheInfluenceofInjectionProcessParametersonHighGlossHighImpactPolystyrene

ZHUJun1，2,ZHANGLu1，2,GUANLi1，2,CHENJi-guo1，2,GONGShu-peng3

(1.Research Institute of Dushanzi Petrochemical Co.,PetroChina， Dushanzi 833699,Xinjiang， China; 2.Xinjiang Laboratory of Rubber-Plastic Materials,Dushanzi 833699，Xinjiang， China； 3.Science & Technology Management Division of Dushanzi Petrochemical Company,Dushanzi 833699， Xinjiang， China)

TQ 325.2

A

1009-5993(2017)03-0033-04

2017-07-24)

朱 軍 (1978—)，男，高級工程師，從事專用樹脂開發(fā)及研究工作。