注塑工藝對PC/ABS檢測性能影響研究

苑松， 張雪峰，閆衛(wèi)林

(利華益維遠(yuǎn)化學(xué)股份有限公司，山東 東營 257400)

0 前言

隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的不斷發(fā)展，塑料工業(yè)成為現(xiàn)代化工業(yè)的重要新興行業(yè)之一。在日常生活中，由于質(zhì)輕、產(chǎn)量大、成本低和精度高等特點，塑料制品被廣泛應(yīng)用于包裝工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、汽車和日常生活等領(lǐng)域[1]。PC/ABS合金為聚碳酸酯（PC）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）共混改性得到改性工程塑料，綜合性能較PC和ABS更加優(yōu)異，具有沖擊強(qiáng)度高，耐熱性高，硬度高，化學(xué)穩(wěn)定性好，抗紫外線（UV）等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于手機(jī)外殼、汽車零件、電器及照明設(shè)備上。隨著PC/ABS合金產(chǎn)業(yè)逐漸擴(kuò)大，注塑工業(yè)在當(dāng)前市場越發(fā)多樣化的大前提下，也在不斷的發(fā)展拓展[2]。注塑成型是將熔化的塑料由高壓射入模具，經(jīng)冷卻凝固，得到塑料制品的一種加工形式[3]，它具有精密度高、操作方便、高質(zhì)量及用途廣等特點，是塑料加工中常見的成型技術(shù)[4]。在注塑加工技術(shù)中心注塑參數(shù)的調(diào)整直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，本文通過對不同注塑加工條件下制得的標(biāo)準(zhǔn)件性能測試，研究注塑工藝對PC/ABS標(biāo)準(zhǔn)件性能影響。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

PC/ABS合金（利華益維遠(yuǎn)化學(xué)股份有限公司W(wǎng)Y-A185）。

1.2 實驗設(shè)備

注塑機(jī)（Krauss Maffei，PX-120）；

電子萬能試驗機(jī)（英斯特朗5966）；

電子式懸臂梁沖擊試驗機(jī)（德國茲維克HIT5.5P）；

缺口沖擊制樣機(jī)（德國茲維克ZNO）；

恒溫恒濕箱（海達(dá)HD-E702-100K40）；

烘箱（法賽圖XUE225）。

1.3 實驗過程

物料預(yù)處理：物料放置托盤在烘箱中80 ℃恒溫干燥4 h。

設(shè)定注塑參數(shù)，在不同注塑溫度、注射速率、塑化背壓、保壓壓力、保壓時間、冷卻時間和模溫下制得的標(biāo)準(zhǔn)件樣條恒溫23 ℃恒濕50%放置一定時間后進(jìn)行常規(guī)測試，參數(shù)設(shè)定及測試標(biāo)準(zhǔn)情況見表1、表2。

表1 不同注塑參數(shù)設(shè)定

表2 測試標(biāo)準(zhǔn)

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 注塑溫度對標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品性能影響

通過表3可知隨著注塑溫度的上升，標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品的拉伸、彎曲、沖擊強(qiáng)度開始時呈上漲趨勢，直到260 ℃時達(dá)到最佳，注塑溫度升高可以使物料在料筒內(nèi)充分塑化，物料流動性增加，但過高的注塑溫度會造成物料氧化甚至降解，小分子物質(zhì)增多，從而影響產(chǎn)品性能，溫度升至265～270 ℃，標(biāo)準(zhǔn)件各項強(qiáng)度趨于穩(wěn)定，且到270 ℃時略有下降，斷裂伸長率開始呈上漲趨勢，直到260 ℃時達(dá)到最佳，隨后趨于穩(wěn)定。

表3 注塑溫度對標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品性能影響測試結(jié)果

2.2 注射速率對標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品性能影響

通過表4可知隨著注塑速率的上升，標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品的拉伸、彎曲、沖擊強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，至50 mm/s射速，各項強(qiáng)度達(dá)到最佳，之后隨射速增加，性能趨于穩(wěn)定，拉伸強(qiáng)度略有下降。注射速率越高，可使物料快速充填模具，對于厚度較薄的模具便于模具成型，但注射速度過高會造成模具內(nèi)氣體排出不及時，從而造成產(chǎn)品性能下降，且隨注射速率升高，注射壓力逐漸升高，注射壓力越高物料填充越緊密，但隨射壓過高產(chǎn)品應(yīng)力增加，產(chǎn)品性能會下降。

表4 注射速率對標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品性能影響測試結(jié)果

2.3 保壓壓力對標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品性能影響

通過表5可以看出，隨保壓壓力升高，缺口沖擊強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度總體呈上升趨勢，至700 bar后趨于穩(wěn)定。保壓壓力提高，可有效的降低產(chǎn)品在冷卻過程中的收縮率，可以使物料在模具內(nèi)緊密程度越高，產(chǎn)品性能越好，但過高的保壓壓力會造成能耗能加，產(chǎn)品飛邊，脫模困難。

表5 保壓壓力對標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品性能影響測試結(jié)果

2.4 保壓時間對標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品性能影響

通過表6可以看出，隨保壓時間升高，缺口沖擊強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度總體呈上升趨勢，至5 s后趨于穩(wěn)定。保壓時間和保壓壓力在注塑過程中有類似的作用，保壓時間越長物料冷卻收縮越少，保壓時間長可保證產(chǎn)品強(qiáng)度的穩(wěn)定，但保壓時間過長會造成操作周期變長，能耗增加，脫模困難。

表6 保壓時間對標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品性能影響測試結(jié)果

2.5 塑化背壓對標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品性能影響

通過表7可知隨著塑化背壓壓力的上升，標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品的缺口沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度開始時呈上升趨勢，至30 bar處最佳，之后缺口沖擊強(qiáng)度趨于穩(wěn)定，拉伸強(qiáng)度呈下降趨勢，彎曲強(qiáng)度差距較小。塑化背壓是指螺桿在塑化后退時的壓力，一般塑化背壓越高，螺桿后退速度越慢，可以使物料在料筒內(nèi)塑化時間增長，塑化溫度均勻，剪切作用增強(qiáng)，產(chǎn)品的力學(xué)性能會有所增加，但塑化背壓過高會造成操作周期變長，能耗增加，物料溫度過高降解，從而影響產(chǎn)品強(qiáng)度。

表7 塑化背壓對標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品性能影響測試結(jié)果

2.6 冷卻時間對標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品性能影響

通過表8可以看出冷卻時間對產(chǎn)品性能影響較小，但自20～25 s過程各項性能都有所提升，之后隨冷卻時間的增加，標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品的各項性能穩(wěn)定波動，變化較小。冷卻時間是指物料在模具注射完成后冷卻的時間，冷卻時間越長，可使產(chǎn)品在模具中充分冷卻，應(yīng)力得以釋放，減小外界環(huán)境溫度對制件的影響，但冷卻時間過長會造成操作周期變長。

表8 冷卻時間對標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品性能影響測試結(jié)果

2.7 模具溫度對標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品性能影響

通過表9可知隨著模具溫度的上升，產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度逐漸上升，至80 ℃以上彎曲強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度趨于穩(wěn)定，拉伸強(qiáng)度則逐漸降低。模溫的控制對于注塑成型過程尤為重要，直接影響到產(chǎn)品的外觀及各項力學(xué)性能，模溫越低產(chǎn)品強(qiáng)度越低，模溫過高會造成產(chǎn)品冷卻收縮率增加，影響產(chǎn)品性能。

表9 模具溫度對標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品性能影響測試結(jié)果

2.8 放置時間對標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品性能影響

通過表10可以看出放置6 h、20 h、24 h測試性能差別較大，總體呈上漲趨勢，且4 h時測試數(shù)據(jù)波動較大，24 h、48 h、72 h數(shù)據(jù)穩(wěn)定，各項性能差距很小。標(biāo)準(zhǔn)件注塑完成后恒溫恒濕放置可以降低產(chǎn)品在注塑加工過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，使各項性能趨于穩(wěn)定，因此生產(chǎn)測試標(biāo)準(zhǔn)件至少放置24 h以上才能保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

表10 放置時間對標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品性能影響測試結(jié)果

3 結(jié)論

注塑工藝對PC/ABS標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品各種力學(xué)性能都有影響，但影響程度不同，影響作用也各有差別，其中冷卻時間、塑化背壓、放置時間影響相對較小，注塑溫度、注射速度、保壓壓力、保壓時間和模溫對產(chǎn)品性能影響較大。

（1）注塑溫度升高，有利于物料塑化，標(biāo)準(zhǔn)件拉伸、彎曲、沖擊強(qiáng)度逐漸提升，至260 ℃后趨于穩(wěn)定。

（2）注射速率越高，注射壓力越大，物料充填性越好，隨注射速率上升，標(biāo)準(zhǔn)件拉伸、彎曲、沖擊強(qiáng)度逐漸提升，射速到達(dá)50 mm/s后趨于穩(wěn)定。

（3）保壓壓力和保壓時間對PC/ABS標(biāo)準(zhǔn)件影響相似，可降低產(chǎn)品在冷卻過程中的收縮率，物料在模具內(nèi)緊密程度提高，隨保壓壓力和保壓時間的增加，標(biāo)準(zhǔn)件拉伸、彎曲、沖擊強(qiáng)度逐漸提升，在700 bar和5 s后性能趨于穩(wěn)定。

（4）塑化背壓可以使物料在料筒內(nèi)塑化時間增長，塑化溫度均勻，剪切作用增強(qiáng)，隨塑化背壓壓力的增加，標(biāo)準(zhǔn)件拉伸、彎曲和沖擊強(qiáng)度逐漸增加，至30 bar達(dá)到最佳。

（5）冷卻時間越長標(biāo)準(zhǔn)件在模腔里得以充分冷卻，應(yīng)力得以釋放，降低了環(huán)境對標(biāo)準(zhǔn)件的影響，隨冷卻時間增加，標(biāo)準(zhǔn)件拉伸、彎曲和沖擊強(qiáng)度逐漸增加，至25 s后性能趨于穩(wěn)定。

（6）模溫對標(biāo)注件的性能尤為顯著，模溫越低，標(biāo)準(zhǔn)件成型降溫快，易造成內(nèi)部應(yīng)力增加，模溫過高，標(biāo)準(zhǔn)件冷卻收縮增加，隨模溫逐漸升高，標(biāo)準(zhǔn)件拉伸、彎曲和沖擊強(qiáng)度逐漸增加，至80 ℃達(dá)到最佳。

（7）標(biāo)準(zhǔn)件恒溫恒濕放置可以有效降低產(chǎn)品在加工過程中的應(yīng)力，減少誤差波動，放置時間增加到24 h之后標(biāo)準(zhǔn)件各項性能趨于穩(wěn)定。

要得到合適和注塑條件，需對物料注塑過程中各種參數(shù)條件反復(fù)測試，綜合分析，才能得到最優(yōu)產(chǎn)品性能。綜上所述，WY-A185最佳注塑條件為注塑溫度260 ℃，注塑速度50 mm/s，保壓壓力700 bar，保壓時間5 s，塑化背壓30 bar，冷卻時間25 s，模溫80 ℃。