PET注塑產(chǎn)品結(jié)晶研究

羅剛

(四川省宜賓普什模具有限公司，四川 宜賓 644007)

PET于1941年由英國J.tt.Whinfield與J.T.Dickon研制成功。于1946年由英國帝國化學(xué)公司(1.c.I)以滌綸(Teleron)纖維投入生產(chǎn)，PET作為纖維原料已有72年歷史。1946年英國發(fā)表了第一個制備PET的專利，1949年英國ICI公式完成中試，但美國杜邦公司購買專利后，1953年建立了生產(chǎn)裝置，在世界最先實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。初期PET幾乎都用于合成纖維(我國俗稱滌綸、的確良)。20世紀(jì)80年代以來，PET作為工程塑料又有突破性發(fā)展，相繼研制出成核劑和結(jié)晶促進劑，目前PET與PBT一起作為熱塑性聚酯，成為五大工程塑料之一[1]。

PET分為纖維級聚酯和非纖維級聚酯。纖維級聚酯用于制造滌綸短纖維和滌綸長絲，是供給滌綸纖維企業(yè)加工纖維及相關(guān)產(chǎn)品的原料。非纖維級聚酯還有瓶類、薄膜等用途，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生，包裝業(yè)、電子電器、建筑、汽車等領(lǐng)域[2]，其中包裝是聚酯最大的非纖應(yīng)用市場，同時也是PET增長最快的領(lǐng)域。

筆者總結(jié)二十來年的注塑模具經(jīng)驗，針對醫(yī)療衛(wèi)生業(yè)廣泛使用的PET，從原料特征、成型工藝方法、模具結(jié)構(gòu)及冷卻設(shè)計等多角度分析，探究PET注塑產(chǎn)品結(jié)晶的原因，進而找到減少或者消除該類產(chǎn)品結(jié)晶發(fā)白的解決辦法，以為相關(guān)從業(yè)者和愛好者共享。

1 PET透明產(chǎn)品澆口結(jié)晶

如圖1所示，PET透明產(chǎn)品在進澆口區(qū)域容易出現(xiàn)結(jié)晶，呈現(xiàn)均勻結(jié)晶（圖2）和冷料結(jié)晶（圖3）。

結(jié)晶現(xiàn)象分析和處理措施：

（1）模具噴嘴尖處塑料熔融溫度或者澆口區(qū)域溫度過高，呈現(xiàn)更深更濃的白色霧狀；（截面厚壁的尤其明顯）

圖1 PET透明產(chǎn)品

圖2 均勻結(jié)晶

圖3 冷料結(jié)晶

（2）檢查模具澆口模仁水道是否堵塞；

（3）檢查熱流道噴嘴加熱圈是否有短路接觸；

（4）熔融流道過小，塑料內(nèi)應(yīng)力集中產(chǎn)生結(jié)晶發(fā)白；

（5）檢查噴嘴尖和澆口部位流道是否粗糙或有阻礙物；

（6）檢查熱流道閥針是否正常開關(guān)。

2 PET 原料特征

2.1 PET

聚對苯二甲酸乙二醇酯化學(xué)式為—OCH2—CH2OCOC6H4CO—，簡稱PET（圖4），為高聚合物，由對苯二甲酸乙二醇酯發(fā)生脫水縮合反應(yīng)而來，由對苯二甲酸和乙二醇發(fā)生酯化反應(yīng)所得。PET原料物性表見1。

圖4 PET化學(xué)分子式

表1 PET原料物性表

2.2 PET用途

具有優(yōu)良的耐熱性、耐化學(xué)藥品性、強韌性、電絕緣性、安全性等[3]；價格便宜，廣泛用做纖維、薄膜、工程塑料、聚酯瓶等。國際上聚酯類產(chǎn)品有：

（1）液晶聚合物；

（2）聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)；

（3）聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)；

（4）工程級PET；

（5）標(biāo)準(zhǔn)級PET；

（6）回收級PET(包括共混物及100% 回收料)。

此外，為改進PET性能，可與PC、PBT、PS類、ABS等形成合金。常用于注塑電子電器零部件和汽車配件。

3 PET工藝方法

PET屬于結(jié)晶型飽和聚酯，為熱塑性塑料。增強PET主要采取注射成型加工，還有擠出、吹塑、涂覆和焊接、封接、機加工、真空鍍膜等二次加工方法。

由于PET大分子中含有脂基，有一定的親水性，料粒在高溫下對水敏感，當(dāng)含水量超量時，在加工中PET分子量下降，制品帶色、變脆。因此，在加工前必須進行干燥處理，干燥溫度為150℃，4 h以上，一般為170℃，3～4 h?？捎每丈浞z驗是否完全干燥，干燥效果好不好并不是時長來決定，一般的熱風(fēng)干燥機效果并不好，通常采用除濕機[4]；另外檢查模具冷卻效果，甚至是冷卻循環(huán)水壓力流量，排除冷卻不好導(dǎo)致結(jié)晶。

回收料比例一般不要超過25%，而且要把回收料徹底干燥；另外，通過添加成核劑和結(jié)晶促進劑等方式，改進結(jié)晶慢的弊病。加阻燃劑和防燃滴落劑可改進 PET阻燃性和自熄性。

3.1 提高射出速度

提高模具溫度，同時把樹脂溫度也稍微提高；提高射出壓力，加長保壓時間；噴嘴附近殘留有已固化的殘渣有時會流入模穴而成為流痕；

方法：把設(shè)在模內(nèi)的殘渣集中穴加大以防止殘渣流入成形型腔。

對于噴嘴孔徑、澆道口、澆口過小有時會成為原因。

3.2 末端結(jié)晶

在工藝上通過加大注塑機的注射背壓，可不久又發(fā)白，需要檢查背壓的單向節(jié)流閥是否正常。實踐證明，螺桿與料筒間的間隙因長期生產(chǎn)磨損增大而造成，一般該間隙在0.15以下是最好用的，超過0.3以上就會影響注塑性能，表現(xiàn)為背壓加不上。

3.3 出現(xiàn)銀紋

由于PET在熔融狀態(tài)下的流變性能較好，壓力對黏度的影響比溫度更大，從壓力著手來改變?nèi)垠w的流動性，加高料溫，模溫，檢查排氣，加快注射速度。

另外，對模具的填充溫度和填充時間，采用moldflow模擬技術(shù)分析，捕捉流變規(guī)律，如圖5對填充溫度，如圖6對填充時間測試。

圖5 填充溫度

圖6 填充時間

通過分析確定銀紋容易出現(xiàn)的部位。

3.4 注塑機選用

PET由于在熔點后穩(wěn)定的時間短，而熔點又較高，因此需選用溫控段較多、塑化時自摩擦生熱少的注射系統(tǒng)，并且制品（含水口料）實際重量不能小于機器注射量的2/3。因此選用專用塑化注塑單元配置的高速注塑機為理想之選。

3.5 隔熱結(jié)構(gòu)熱流道

模具與注塑機模板之間最好要有隔熱板（如圖7），其厚度為12 mm左右，能承受高壓，確保注塑生產(chǎn)的穩(wěn)定性和模具膨脹的一致性。

3.6 注塑工藝分析

（1）熔膠溫度?？捎每丈浞ǘ攘俊?70～295℃不等，增強級GF-PET可設(shè)為290～315℃不等；

圖7 隔熱板

（2）注射速度。一般注射速度要快，可防止注射時過早凝固。但過快，剪切率高使物料易碎。射料通常在4 s內(nèi)完成。

（3）背壓。越低越好，以免磨損，一般不超過100 bar，通常無須使用。

（4）滯留時間。切勿使用過長的滯留時間，以防止分子量下降，盡量避免300℃以上的溫度。若停機少于15 min，只需作空射處理；若超過15 min，則要用黏度低的PE清潔，并把機筒溫度降至PE溫度，直至再開機為止。

（5）注意事項。

回收料不能太多，否則易產(chǎn)生在下料處“架橋”而影響塑化。

模溫控制不好、料溫控制不當(dāng)容易產(chǎn)生“白霧”而不透明。模溫低且均勻，冷卻速度快，結(jié)晶少則制品透明。

（6）PET制品中往往殘留一定的內(nèi)應(yīng)力，一般成型后常需后處理。

PET在熔融態(tài)下的流變性為非牛頓型，溫度對熔體黏度的影響不大，可以通過調(diào)節(jié)壓力來增大剪切應(yīng)力或剪切速率。

PET有明顯的熔點，加工溫度范圍較窄，為270～290℃，當(dāng)超過300℃時容易發(fā)生降解。

（7）PET對尖角、缺口非常敏感，這些地方易出現(xiàn)應(yīng)力集中，使承載能力大大下降，在受外力沖擊時易發(fā)生破裂，故對這些地方應(yīng)盡量采用圓弧過渡。

（8）PET模具流道應(yīng)盡可能減少熔體的壓力降，避免采用較高熔體溫度，流道以短而粗為好，表面積和橫截面積之比應(yīng)小，多用圓形流道。

（9）在避免熔料噴射的前提下，PET澆口應(yīng)開設(shè)在塑件最厚處，避免流道阻力大和冷卻快的問題，確保充滿模腔。

（10）模具成型排氣必須充足，避免出現(xiàn)局部過熱或脆裂，但其排氣口深度一般不要超過0.035 mm，否則容易產(chǎn)生飛邊。

PET澆口的開設(shè)方位最好能正對型腔壁或粗大的型芯，這樣可以改變流向，降低流速，使熔料能均勻填充型腔，避免表面缺陷。

4 模具結(jié)構(gòu)冷卻設(shè)計

經(jīng)過測試，減小噴嘴開框尺寸,在確保熔融塑料正常填充基礎(chǔ)上，保持噴嘴的溫度和閥針的正常動作；同時，冷卻水孔盡量靠近噴嘴，在最短時間內(nèi)冷卻澆口，避免澆口附近更大范圍的結(jié)晶，爭取不出現(xiàn)結(jié)晶[5]。如圖8和圖9，改進前后的噴嘴和冷卻設(shè)計，改進后的效果更好。

圖8 之前的噴嘴和冷卻設(shè)計

圖9 之后的噴嘴和冷卻設(shè)計

PET注塑產(chǎn)品結(jié)晶本是普遍現(xiàn)象，為了正常穩(wěn)定生產(chǎn)，確保結(jié)晶區(qū)域僅限于澆口閥針處，從原料特性，工藝條件優(yōu)化，注塑機配置優(yōu)化，模具結(jié)構(gòu)及冷卻設(shè)計等角度分析，筆者認(rèn)為在設(shè)計制造好一套優(yōu)秀模具的基礎(chǔ)上，輔以良好的工藝條件和注塑系統(tǒng)配套，對PET類產(chǎn)品結(jié)晶問題一定能迎刃而解。