第三节 生产循环周期 生产周期是企业生产中非常重要的环节, 它决定生产性。 生产的连续性和生产周期又密切相关。 所以说作为一名工艺人员必须通过技术提高生产性, 尽能力缩短生产循环周期。 注射成型的循环周期在现有书籍和资料中并没有明确权威的定义(含部分国外书籍),一般书籍的定义是: 合模、 注射、 冷却、 顶出、 和计量称为一个循环周期。 在我的实际工作顺序中, 我是这样定义的: 计量、 合模、 注射、 保压、 冷却、 顶出和再计量。 此六部称为一个循环周期。 在六部循环步骤中, 冷却时间占整个循环时间的百分比最大, 其次是开闭模动作和制品取出时间。 众多机械设计都必须考虑机械动作的速度和精度, 这样可以从根本上缩短成型周期。 第三章 注塑性塑料性能 为什么要讲一下塑料的性能呢? 我刚刚开始接触成型的时候很不理解! 认为它没什么用, 至少不能快速有效解决制品异常, 可工作时间长了, 越是发现它的重要。 举简单的举个例子, 常用的树脂 ABS 在生产的时候一般才用 210 摄氏度左右的加工温度, 那为什么呢?采用 200 可不可以? 可以, 也可以说不可以, 因为这个温度就是根据你的设备、 模具和制品质量要求所得到的。 有的时候相差 5 摄氏度都不行, 在使用 POM 树脂时常遇到类似的现象。这一点, 有经验的工艺人员应该遇到过吧! 所以说“科学是很严禁的” 一点错都没有。 要想继续了解成型技术, 对塑料性能或多或少的知道一些是很有益处的, 也是必须的。 第一节 高分子的组成 一 高分子的形成 碳原子和氢原子在特定的条件下排列成一定结构的链状结构, 形成呈现一定特性的的分子, 如甲烷、 乙烷、 丙烷等; 而这些质量稍大一点的分子还可以进一步反应成质量更大的分子结构, 如乙烯和丙烯等。 因此可以认为, 高分子是由以下的中间物质生成的: 1, 甲烷、 乙烷、 丙烷、 丁烷、 戊烷等。 2, 这些基体首先必须转化为: 亚甲基、 乙烯和丙烯。 这些中间物质称为基体或单体, 他们在经过聚合反应的过程中, 形成分子质量更为巨大的分子。 如果超过 500 个这样的单体聚合, 结果就会形成高分子, 或是聚合物。 由一种单体聚合而成的聚合物称之为均聚物, 如聚乙烯、 聚丙烯等, 也有由两种或两种以上的单体经过聚合而成的高分子, 如 ABS 树脂就是由丙烯氰、 丁二烯和苯乙烯组成的三元共聚物。 这就是高分子的简单形成过程, 也是高分子的名称的由来。 组成高分子的单体不同, 排列的链状结构不同, 形成塑料也不同, 因而呈现出不同的物理和化学性能。 二 高分子的质量 高分子是单体数量超过 500 或更多的单体形成的的分子链, 所有的分子不可能包括相同数量的单体, 但是, 可以通过控制聚合过程来控制分子链的结构和长度。 聚合物可以通过平均的分子质量来区分, 这就产生了特定微粒的分子质量分布。 大多数的单体是气体, 短分子链的小分子是液体, 大分子链的聚合物就是固体了。 因此,甲烷、 乙烷、 等分子是气体, 而乙烯、 丙烯则是液体, 形成聚合物后的聚乙烯、 聚丙烯就是固体了。 分子质量越大, 塑料的强度和刚度越大, 但是大分子塑料的黏度也大。 因此, 大分子熔体填充是需要的压力就高; 分子质量越大, 塑料的成型的难度就越高; 超大分子塑料是不能通过注塑过程成型的。 大分子塑料的黏度一般很高, 为了降低黏度, 必须提高塑料的加工温度, 但是这会引起高分子的塑料的降解。 因此, 在加工高分子塑料时, 考虑到塑料的热稳定性, 一般规定了加工温度和塑料的融化时间。 因此, 高分子塑料在注塑成型机塑化单元中停留的时间有一定的限制, 如果超出这个滞留时间, 塑料就可能发生降解, 我们也成为分解。 第二节 高分子的存在状态 玻璃态、 粘流态、 熔融态是高分子存在的三种物理状态。 高分子不象空气一样存在着气体状态, 在日常的工作中, 由于树脂在螺杆中的滞留时间大于该温度的状态保持时间所以有的时候我们可能看到在喷嘴处有烟雾喷出, 这是分解所致, 并不是它可以存在的状态。 一, 玻璃态 处于玻璃态的塑料分子, 链段基本上处于停止状态, 分子在自身的位置上振动, 分子链缠绕成团状或卷曲状, 相互无序交错连接, 锻段仅作瞬间微小伸缩和键角改变。 整个塑料形体具有一定的刚性和强度(抗张强度、 抗弯强度)。 在这种状态下, 塑料件可以被使用或进行机械加工, 如切削、 钻孔等等。 在玻璃状态下, 塑料的使用性能, 也是它力学、 物理性能以及对环境的忍受性能, 取决于分子链的构成、 形状、 序列、 柔顺性以及链间的相互位置, 堆砌密度等。 虽然塑料在玻璃态时像玻璃那样具有非晶相固体一类的物理性质, 但并不等于过冷液体结构的玻璃。 例如在脆性方面就有较大的差异, 即使是容易破碎的聚苯乙烯透明件, 其韧性也较普通的玻璃大, 而硬度则又差的很远。 当然, 塑料也有脆如玻璃的时候。 在曲线上有一个脆化温度 T, 超过这个温度以下, 分子链段的自我振动被“冻结” 下来, 不可拉伸、 扭转、 亦无法吸收和分散外力。 在外力的作用下, 锻段很快断裂, 塑料的制品将明显像普通玻璃那样易于破碎。 在实际的工作中, 有一种现象也表明了这一问题的真实性。 由于成型机停机时没有将螺杆中的熔料注射出来, 或是短时间停机, 在开机生产的时候没有进行螺杆清扫, 那么一般的情况下在制品注射到模具的时候就会得到强度非常低的制品。如果熔料在螺杆分解比较严重的情况下, 制品的颜色发生变化如过是银色的树脂, 可能变成黄色; 如果是白色的树脂可能变成黑黄色; 如果是黑色的树脂分解后还是黑色。 在这种状态下注射出来的制品不但在颜色上可以判定 OK 或 NG(不合格), 甚至在制品在顶出时发生破裂, 这说明树脂料在腔内(螺杆) 内分解了。 高温和低温的不同环境, 常时间使用后螺杆的颜色会发生变化。 低中温工作区明亮 中高温工作区发黑 第三节 高分子的流动简介 为什么说是简介? 因为高分子流动学太专业, 太难了, 只有专业人事才能有理有据的说明。 我们做注射成型, 不是搞高分子流动力学。 当然, 如果有欲望的朋友还是应该更多的掌握高分子知识, 它是成型工程中很重要的部分。 一 塑料加工性能 高分子塑料和其它塑料一样, 都具有强度、 刚度、 抗冲击性能等力学性能, 这些性能随着塑料的成分, 组成不同而大不相同。 它关系到塑料的应用场合、 使用要求等等。 这些数据一般由塑料的供应商理论加实际验证后提供给需求的客户。 在注射填充的整个过程中, 塑料呈现许多的特定变化。 了解塑料在一定温度和压力下表现的现象和行为, 对掌握注射流动的规律、 设计注塑工艺过程、 解决注射过程中出现的异常、调整制品的品质都有着非常重要且不可替代的意义。 例如: 以上列出简单的工艺参数, 模具结构等其它条件相同未给出。 根据以上的数据, 我们能明显的看出 1, 在模具腔内, A 熔体前沿的温度低于 B 熔体前沿的同位置温度。 2, 在填充过程中, A 熔体前沿的速度要低于 B 熔体前沿的速度。 3, 填充过程中, A 的填充时间要大于 B 的填充时间。 假如 A 条件生产出的制品, 在熔接线(两股熔体相联接处) 可以容易的将它破坏, 分成两个部分, 那么 B 条件生产出的制品, 在熔接线出的强度肯定会高于 A 条件的制品。 或者不能轻易破坏。 这就是熔体前沿温度的重要性之一。 许多现象和参数表现塑料的成型特性, 但是与注射成型过程关系密切的重要概念包括:粘度、 MI、 压力-体积-温度特性、 剪切变薄效应、 热传导性、 塑料的收缩率以及塑料的最大收缩特性等。 二 剪切 熔体发生流动的原因是因为有压力差, 如果熔体内部的压力相同, 那么无数分子间的力保持平衡, 我们就不会看到流动的熔体。 所以说当力平行的作用在塑料表面上的时候, 分子层与分子层之间存在相互阻止运动的摩擦力, 这就是剪切应力。 剪切应力大, 说明层层之间的摩擦力就大, 要想使层与层之间相互滑动, 那么就必须施加更大的作用力。 在力的作用下, 如果一层塑料 r 以速度 v 进行移动, 那么速度梯度为 v/r . 三 熔体粘度 粘度简单的说就是塑料熔体的粘稠程度, 熔体的粘度越高, 熔体的流动能力越低, 在模具腔体内流动越困难, 给生产和工艺调整带来的困难就相对较多; 相反, 粘度低的熔体, 流动的速率高、 阻力小、 容易填充、 易成型。 所以在生产中, 如果不是制品的性能要求, 我们都采用粘度小、 成本低的树脂材料。 无论从节能还是从降低成本上来讲这都很重要。 PS 材料 熔体温度 ℃ 注射压力 bar 注射速度 mm/s 模具温度 ℃ A 低 210 100 40 35 B 高 230 120 70 50 粘度是高分子塑料最重要的概念之一。 同样可以理解为: 熔体试图流动时, 在熔体层与层之间或熔体内部遇到的阻力大小。 在成型的过程中, 我们追求均匀、 匀速充填。 既然粘度对成型工程这样的重要, 那应该怎样控制和改变树脂的粘度呢? 1, 熔体温度控制 对于树脂塑料来说, 温度升高大分子运动越活跃, 相对摩擦力约小, 分子与分子之间越容易滑动, 粘度明显降低。 但温度升高并不能解决所有树脂熔体粘度的问题, POM 的树脂熔体的粘度对温度的敏感性差。 2, 充填压力控制 塑料熔体内部的分子之间, 分子链之间具有微小的空间, 在外力的作用下可以实现压缩。在注射成型的过程中, 塑料受到注射压力的影响, 大分子之间的间隙减小, 链段的活动范围减小, 熔体的体积减小, 分子之间的作用力却因此而增加, 所以导致熔体的粘度增大。 但由于树脂的组成成分不同, 受压力影响的效果也是不同的。 聚苯乙烯对压力的敏感程度最高,当压力增加时, 粘度迅速增加。 3, 剪切速率控制 注射成型机的螺杆转数可以表现出剪切速率的高低, 速度越高, 剪切速率表现越高, 反之, 则相反。 在成型工程中, 我们也只能靠螺杆转数来控制剪切速率的高低。 剪切速率逐渐增加, 塑料的粘度逐渐下降。 但是不同的树脂对剪切速率的敏感程度也各有不同。 热塑性注射成型工程中所涉及的塑料(后篇讲解) 主要的物理性能有: 力学性能、 热性能、 电性能、 光学性能和老化性能。 而热性能是注射成型中的关键, 是工艺调整、 模具设计人员必须知道和了解的相关知识。 1, 体积特性 比体积及密度, 比体积是密度的倒数。 在加工过程中, 由于塑料形态转化(玻璃态、 高弹态、 粘流态) 的结果, 塑料的比体积或密度会随其相态的不同发生变化。 一般情况下, 较大的比体积密度相对较小; 玻璃态的塑料因为分子链聚集的较为密实, 比体积也相对较小。而结晶性塑料的比体积和密度会在熔点附近发生跳跃式的变化, 这就是结晶性塑料和非结晶塑料的明显区别。 2, 热传导特性 比热容或质量热容, 将单位质量的塑料提高 1℃所需要的热量。 这个参数是衡量塑料温度是否容易改变的度量。 比热容越高, 塑料形变吸收的热量越多; 比热容越低, 塑料形变吸收的热量也就越少。 热扩散率是衡量热量从高温传递低温区域的速度, 也是温度改变快慢的直观表现形式。