探究塑料模具材料的研制與應(yīng)用

許瓊方

摘 要：塑料制品在我們的生活中應(yīng)用廣泛，而塑料模具的材料也是多種多樣，尤其是現(xiàn)代科技推動(dòng)之下，誕生了很多先進(jìn)的新型材料。從塑料模具應(yīng)用的情況來看，性能更穩(wěn)定、熱情度更好的塑料模具材料更受市場(chǎng)歡迎。目前市場(chǎng)上已有的滲碳型塑料模具鋼大致有12CrNi3A和12Cr2Ni4A鋼、20Cr2Ni4A這幾類，采用該材料制成的磨具具有很長(zhǎng)的使用壽命，時(shí)間表明即便是長(zhǎng)期使用的情況下表面也不會(huì)出現(xiàn)凹陷或者表層脫落的現(xiàn)象。本文就來探究這些塑料模具材料的研制及應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：塑料模具 新型材料 研制 創(chuàng)新 復(fù)合材料

中圖分類號(hào)：TD327 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）08（b）-0102-02

1 我國(guó)塑料模具材料的研制情況

1.1 新型材料的研制

1.1.1 鋼模具材料

（1）滲碳型塑料模具鋼。

滲碳型塑料模具鋼的材料中加入了Cr、Ni、Mo和V等元素及少量的碳，這類合成材料具有耐磨性好、韌性好、耐用的特點(diǎn)。其性能參數(shù)為退火硬度≤100HBS，表面硬度為58～62HRC，加上具有強(qiáng)韌性，材料中所加的Cr、Ni、Mo和v能夠提高淬透性和滲碳能力，因此常用于冷擠壓成型型腔復(fù)雜的塑料模具。

（2）預(yù)硬型塑料模具鋼。

預(yù)硬型塑料模具鋼中加入了Cr、Ni、Mn、V和S、Ca等元素，是在合金的基礎(chǔ)上材料的新型材料，其中碳含量為0.3%～0.55%，硬度為35～40HRC。這種材料模具的主要特點(diǎn)是有較好的切削性與韌性，其中Ni、Mn、V可以增加其切削性，S、Ca又能在原有的切削性基礎(chǔ)上改善合成剛切削的性能，擴(kuò)大塑料制作當(dāng)中切削的范圍。我國(guó)預(yù)硬型塑料模具鋼的典范是Y55CrNiMn-MoVS（SMI）和8Cr2S鋼，他們都具有良好的綜合性能，能夠完成緊密的切削工作。

（3）時(shí)效硬化型塑料模具鋼。

時(shí)效硬化型塑料模具鋼中添加了Ni3Mo、Ni3Ti等金屬化合物，其顯著的特點(diǎn)是低鈷、無鈷、低鎳，硬度為28～32HRC。由于這種鋼合成材料的制作工藝較為復(fù)雜，其中所添加的金屬化合物價(jià)格較高，因此，這種鋼的價(jià)格就比較昂貴，在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用范圍也比較小。這類鋼的典范是MASI，具有強(qiáng)焊補(bǔ)性、強(qiáng)韌性與時(shí)效性尺寸變化較小的特點(diǎn)。此類鋼在日后的顏料研制中有待進(jìn)一步改善，尋找同等作用的可替代Ni3Mo、Ni3Ti金屬化合物的其他金屬化合物，以求能降低相應(yīng)的成本，擴(kuò)大在市場(chǎng)的應(yīng)用范圍。

1.1.2 合金模具材料

合金模具材料顧名思義就是由不同合金符合而成，常見的合金模具材料有銅基合金磨具材料、鋁基合金磨具材料、鋅基合金磨具材料等，它們的成分中含有銅、鋁、鋅、錳等不同元素，其中按照相應(yīng)的成分的多少命名。合金模具材料做大的特點(diǎn)是耐腐蝕性、耐磨性、高耐熱性與抗疲勞強(qiáng)度，其次是使用生命周期長(zhǎng)、材料價(jià)格采購(gòu)便宜，因此只塑料模具材料中市場(chǎng)占有率最高。在實(shí)際的塑料制模應(yīng)用中這些合金的熔點(diǎn)都較低，制模條件與較低，很多廠家都是以合金模具材料的制造為主。

1.2 材料表面處理技術(shù)的創(chuàng)新

為了提高塑料模具表面的耐磨性和耐腐蝕性，在制模時(shí)對(duì)塑料模具材料表面進(jìn)行技術(shù)處理，其中以稀土表面技術(shù)與納米表面處理技術(shù)為研究的主要方向。在塑料模具表面增加一層耐腐蝕、耐磨的鍍層，鍍層材料中稀土元素的加入就是一種新的創(chuàng)新。利用納米技術(shù)對(duì)表面鍍層進(jìn)行處理，讓鍍層保持較高的自潤(rùn)性，可以提高鍍層的耐磨性與耐腐蝕性，這項(xiàng)技術(shù)的創(chuàng)新為飼料模具材料的應(yīng)用提供了更多的可能性。實(shí)踐表明，增加鍍層的塑料模具材料的使用壽命要比為增加鍍層的長(zhǎng)，并且模具的綜合性能要顯著高于不加鍍層的模具。

2 塑料模具表面新型復(fù)合鍍層技術(shù)的應(yīng)用

2.1 制備工藝應(yīng)用

塑料模具表面增加度增加鍍層就是為了讓表面的耐磨性、耐蝕性和耐熱性，采用制備工藝將稀土表面技術(shù)與納米表面技術(shù)相結(jié)合，就可以開發(fā)出綜合綜合性能更高和性價(jià)比更好的表面新型復(fù)合鍍層。在這一設(shè)想中，解決金屬基納米復(fù)合材料的制造工藝和涂鍍技術(shù)成為核心工藝。在制備工藝的研究上采用高能球磨技術(shù)，首先制備出納米CeO2顆粒，然后將其均勻的灑在Zn基體中的復(fù)合粉末中，運(yùn)用粉末冶金工藝燒結(jié)備制出納米氧化鈰和鋅基復(fù)合材料。此時(shí)納米氧化鈰固溶于鋅基中，材料中的晶體經(jīng)過新工藝制備晶體得到細(xì)化，復(fù)合鍍層中晶格間的腐蝕力被提高了，因此制備出來的鍍層組織結(jié)構(gòu)緊密、光滑、勻稱，具有更強(qiáng)的抗腐蝕性、耐磨性和高硬度等，各項(xiàng)性能都的到來優(yōu)化。最新研究表明，在制備工藝中，符合材料的納米CeO2最佳含量為1%，此時(shí)制備出來的新型復(fù)合鍍層性能最佳，表面形態(tài)和組織結(jié)構(gòu)內(nèi)部更加趨于穩(wěn)定與緊密，因此仿佛性、耐磨性和抗壓性更好。相信這一技術(shù)在塑料模具材料中的應(yīng)用能夠?yàn)樗芰夏＞叩陌l(fā)展打開新天地，創(chuàng)造更好的市場(chǎng)。

2.2 溶劑法熱浸鍍應(yīng)用

溶劑法熱浸鍍應(yīng)用于塑料模具材料表面鍍層的過程中，首先是加熱熔融制備材料的溫度應(yīng)該控制在450℃～460℃之間，熔融完全后撈去其中的熔渣，將塑料模具表面完全進(jìn)入熔融好的毒液中，時(shí)間為3～4s，在將模具快速取出吹干，然后等到自然冷卻。整個(gè)熱浸鍍的過程雖然簡(jiǎn)單，但是對(duì)于溫度的控制和浸鍍的時(shí)間把控相當(dāng)關(guān)鍵，溫度不夠或者過高，浸鍍的時(shí)間過長(zhǎng)或者過短都達(dá)不到最佳的浸鍍狀態(tài)。當(dāng)浸鍍結(jié)束后我們?cè)诜治鏊芰夏＞咤儗颖砻娴暮吭?，就?huì)發(fā)現(xiàn)Ce元素的存在，就是因?yàn)榧{米氧化鈰被融入復(fù)合材料中鍍到塑料模具材料的表面。鍍層中Ce元素的加入使塑料模具材料表面的鍍層更抗腐蝕、抗耐磨和抗擠壓，自然就延長(zhǎng)了塑料模具的使用壽命。

3 塑料磨具材料研制的總結(jié)

3.1 耐熱性能

現(xiàn)代流水生產(chǎn)中塑料志平加工的速度較快，因此加工時(shí)的溫度較高，塑料模具材料的研制首要需要考慮的就是材料的耐熱性能，這樣才能在較短的時(shí)間內(nèi)是塑料在流動(dòng)的情況下更好成型。在塑料交工的這個(gè)過程匯總，塑料模具材料表面通常短時(shí)內(nèi)回出現(xiàn)高達(dá)400℃的時(shí)候，因此為了保證模具在高溫下不變形，就要保證模具的耐高溫最低程度在450℃以上，在新型材料及模具鍍層材料的研制中一定要注意這一點(diǎn)。

3.2 耐磨性

為了提高塑料制品的可塑性，在制造過程中給原料加上玻璃纖維等材料，這些材料會(huì)導(dǎo)致塑料模具表面受損，因此塑料模具的材料的研制應(yīng)該考慮硬度大于玻璃纖維，才能保證塑料模具的使用壽命。

3.3 耐腐蝕性

有些塑料制品的加工工藝較為復(fù)雜，加工過程中會(huì)受熱分解出腐蝕性物質(zhì)，會(huì)對(duì)塑料模具造成腐蝕，縮短塑料模具的使用壽命。因此研制塑料模具材料是應(yīng)該優(yōu)先考慮耐腐蝕性的合金材料，考慮材料性能的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

綜上所述，塑料模具材料的研制應(yīng)該首先考慮塑料模具在加工塑料中所受的影響，評(píng)估這些影響提高塑料模具的耐熱性能、耐磨性與耐腐蝕性，然后考慮材料的生產(chǎn)成本和加工工藝，綜合各種因素之后研制出制備所需原料較為廣泛、成本較低、綜合性能更優(yōu)的材料新型材料。我國(guó)在塑料模具材料的研制的技術(shù)與工藝上已經(jīng)有了溶劑法熱浸鍍等技術(shù)可供參考，新型復(fù)合材料中復(fù)合鋼和合金材料的應(yīng)用市場(chǎng)也發(fā)展較好，相信以后還會(huì)研制出性能更優(yōu)的新型復(fù)合塑料模具材料。

參考文獻(xiàn)

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