1.靜止時(shí)間=1min
2.靜止時(shí)間=5min
此外存料區(qū)熔體溫度受注射量的影響:注射量
加大時(shí),熔體溫差較大,見圖3[2]
。
圖3　注射量與熔體溫度的關(guān)系
2　制品表面的黃紋、黑紋、黑點(diǎn)
在生產(chǎn)中制品表面時(shí)常出現(xiàn)黃紋、黑紋、黑點(diǎn),
尤其是在澆口附近的內(nèi)外表面常有大量黑點(diǎn),而其它部位和剖面都沒有。以上均是PVC 分解所致,PVC 分解變色過程為:白色→粉紅色→淺黃色→紅色→褐色→黑色,以黃色和黑色較常見。至于黑點(diǎn)和黑紋,實(shí)際上是分解的PVC 的不同表現(xiàn)形式而已,當(dāng)黑紋被沖散打亂時(shí),就呈無規(guī)則分布的黑點(diǎn)。
產(chǎn)生黃、黑紋及黑點(diǎn)的原因很多,而且表現(xiàn)各不相同。下面僅就幾種較常見的情況作一分析,較早先分析物料充模的過程:位于存料區(qū)的熔體在螺桿的高壓推動(dòng)下,經(jīng)過噴嘴高速剪切,進(jìn)入主流道→分流道→澆口→模腔。由于模具通常通有冷卻水,模溫遠(yuǎn)低于料溫,所以先接觸模具的熔體冷凝覆在流道表面,形成冷凍皮層(很薄)。后面的熔體不斷涌來,其表面與較冷空氣接觸,從而形成一個(gè)粘度很高的前沿膜(波前),后面的熔體不斷沖破膜壁,形成新的前沿膜。在充模過程中,冷凍皮層與前沿膜交替出現(xiàn),當(dāng)形成的冷凍皮層不能覆蓋住流道表面微小的突起時(shí),PVC流經(jīng)該處時(shí)就會(huì)過度剪切而分解成黑色條紋,并被后面涌來的熔體沖散呈黑點(diǎn)狀分布在隨后形成的冷凍皮層中,這就是為什么黑點(diǎn)只分布在制品內(nèi)外表面而剖面則沒有的原因。
當(dāng)料筒溫度過高時(shí),通常是制品整個(gè)表面呈黃色或褐色,黑色的情況很少,這時(shí)制品很脆。
當(dāng)物料中摻用的回收研磨粉中混有分解料時(shí),這些雜質(zhì)隨物料運(yùn)動(dòng)無規(guī)分布于制品之中,制品剖面中也會(huì)有,且與周圍正常的膠料融合較差。
當(dāng)螺桿被腐蝕時(shí),通常會(huì)在制品表面出現(xiàn)曲線狀的黃、黑紋;若被腐蝕處粘附的PVC分解,會(huì)在制品表面出現(xiàn)黑點(diǎn),但黑點(diǎn)能與周圍正常的膠料融合。
當(dāng)模具排氣不暢時(shí),由于空氣壓縮而產(chǎn)生熱量灼傷制品,呈黃色或黑色紋狀分布在排氣槽附近。
當(dāng)噴嘴不光滑時(shí),由于噴嘴有外加熱,通常無法形成冷凍皮層,整個(gè)存料區(qū)的物料經(jīng)過該處時(shí),都會(huì)剪切分解而在制品表面形成大面積的黑點(diǎn)。
當(dāng)主流道不光滑時(shí),由于冷凍皮層一般較薄,其不能覆蓋住微小的突起時(shí),PVC物料流經(jīng)該處時(shí),表現(xiàn)同上。這種情況在新建的注塑廠中較為普遍:當(dāng)拉料桿斷在定模中時(shí),由于取出較為困難,常用細(xì)銅棒將其鑿出。雖然PVC注塑模具主流道的材質(zhì)多是含鉻的高耐腐蝕性鋼材,比銅堅(jiān)硬,但若經(jīng)常這樣做,而不及時(shí)修模,仍會(huì)損傷主流道表面。
另外需要指出的是,在很多注塑廠中,用于修模的工具十分簡(jiǎn)單,尤其是在修改模具澆口時(shí),多用一般的車刀(如643型、YW2型車刀)加工,修好后,用砂布輪打磨一下,較后用羊毛球手動(dòng)拋光處理。其實(shí)這樣做是不夠的,若對(duì)拋光后的模具表面局部放大,仍可見表面凹凸不平。拋光并不能改變車刀加工后形成的表面粗糙度,改變的僅是表面光亮度,表面粗糙度是由加工的車刀和打磨砂紙的粒度決定的。還要指出的是僅用一種較粗的砂紙打磨也是不夠的,筆者曾在某摩托車廠工作過,他們處理金相樣品時(shí)的程序值得借鑒:對(duì)滲氮、滲碳后的樣品先用較粗的砂紙打磨,然后逐級(jí)增加砂紙的粒度直至1500目以上,較后再用拋光機(jī)機(jī)械拋光,而不是用1500目的砂紙直接打磨一道工序,因?yàn)檫@樣做,樣品表面粗糙度并沒有多少改變。這一點(diǎn)有時(shí)被忽視了,誤以為只要打磨后,再拋光即可滿足要求。實(shí)際上,拋光后,注射時(shí)制品澆口附近仍可能會(huì)有大量黑點(diǎn),當(dāng)然嚴(yán)重時(shí)會(huì)分布于整個(gè)制品表面。
不過若用上述觀點(diǎn),要求通過逐級(jí)打磨拋光模具來完全消除黑點(diǎn)也是不現(xiàn)實(shí)的,這時(shí)可通過調(diào)整注塑工藝參數(shù)來減輕這些缺陷(但主要原因仍在修模上):制品表面黑點(diǎn)及分布與注射時(shí)各段的速度、壓力有關(guān)系,若制品總在某個(gè)部位出現(xiàn)黑點(diǎn),也可用欠充注射法找到該缺陷點(diǎn)的位置,再以該位置為區(qū)間,分別設(shè)置各段的速度、壓力,適當(dāng)減小缺陷點(diǎn)所在位置的注射速度、壓力,但此時(shí)宜注意提高料溫,以防注射時(shí)間的延長而影響制品熔接痕的強(qiáng)度。
3　模具溫度
由于制品冷卻時(shí)間在注塑產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)周期中占主要部分,為縮短生產(chǎn)周期,模具中一般通有冷卻水,適宜的模溫在40~60℃,過低的模溫雖然大大縮短了生產(chǎn)周期,但對(duì)制品的外觀、性能都產(chǎn)生影響。在注射過程中,若模溫過低,注射速度和壓力偏低時(shí),制品表面常會(huì)出現(xiàn)皺紋或裂紋,尺寸穩(wěn)定性差,并會(huì)影響熔接痕的強(qiáng)度。尤其是在夏天氣溫較高時(shí),當(dāng)制品脫模后,模具型腔內(nèi)很快會(huì)覆上一層冷凝水汽,再次注塑時(shí),冷凝水汽與高溫熔體相遇:
(1)低溫的冷凝水汽使熔體前沿膜(波前)粘度增大,大大阻止了后續(xù)熔體的前進(jìn),當(dāng)熔體受到膜壁過多的阻止而不能前進(jìn)時(shí),熔體只可轉(zhuǎn)向模壁方向,并很快凍結(jié),使得制品欠注且注射壓力損失很大。
(2)冷凝水汽汽化,使模具排氣不暢,會(huì)在制品表面形成氣斑;當(dāng)物料快速?zèng)_模時(shí)還會(huì)因空氣壓縮而灼傷制品,形成黃斑甚至黑斑;有時(shí)甚至?xí)谥破分芯砣霘馀?影響墜落、液壓試驗(yàn)。
需要說明的是由于模具通有冷卻水,因此關(guān)注模具溫度不如關(guān)注制品脫模后的溫度更現(xiàn)實(shí)。通過分析生產(chǎn)前后模具的熱影像圖(本刊略———編者)可以知道,正常生產(chǎn)時(shí),模具溫度一般并不高,各處型腔有效接觸面的溫差在5℃之內(nèi)。PVC2U管件精度要求不如精密注射管件的高,這些溫差的影響并不大,只是在抽芯機(jī)構(gòu)結(jié)合處由于夾有空氣而比其他部位高出許多,其對(duì)制品的影響還需進(jìn)一步考慮。4　大口徑管件的生產(chǎn)
大口徑管件自身重量大,所用樹脂為SG26或SG27型PVC樹脂,其力學(xué)強(qiáng)度小于PVC2U管材樹脂,墜落試驗(yàn)難以通過。常規(guī)的改進(jìn)方法是在配方中加入抗沖改性劑,以氯化聚乙烯(CPE)較為常用。但是加入CPE后,在制品澆口附近內(nèi)外表面常有大片大量的脫皮,其他部位則沒有,嚴(yán)重影響制品外觀,同時(shí)拉料桿上也有一層幾乎與料桿分離的硬殼。
電子顯微鏡研究表明:用CPE改性的PVC在加工過程中,CPE包囊了PVC基本粒子并在PVC 基體中形成蜂窩狀的網(wǎng)絡(luò),但這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在受剪切力方面非常敏感,其加工范圍也很窄,過多的剪切則往往會(huì)破壞網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[3]。大口徑管件的注射速度、壓力都較高,物料經(jīng)過澆口時(shí),剪切速率急劇增大,由于彈性體CPE與PVC的相容僅發(fā)生在CPE 高氯鏈段與PVC界面,二者整體相容性有限,加上分子量的差異,導(dǎo)致CPE部分析出,呈不規(guī)則狀分布在冷凍皮層中。而PVC管件配方中潤滑劑較多,且有高分子型加工助劑對(duì)潤滑劑溶解度的改變,使得“粘壁”的PVC轉(zhuǎn)變成一種“滑壁”材料[3],加之模具溫度較低,冷凍皮層并不緊緊粘附在模具表面,而是形成微小空隙。隨著注射的進(jìn)行,析出的CPE在澆口附近形成冷凍皮層后,會(huì)繼續(xù)容納后續(xù)析出形成的冷凍皮層,后者不斷沖破先前形成的冷凍皮層。由于大口徑管件較厚,多采用直接澆口,這樣就在澆口附近內(nèi)外表面形成大片脫皮。
由前面分析的物料充模過程可知:模壁處冷凍皮層的線速度和切變速率幾乎為零,當(dāng)模壁處流速為零,必有在波前處由中心至模壁的徑向輻射形流動(dòng),這樣使模腔充滿。這樣的料流在未接觸模壁時(shí)處于高溫低剪切狀態(tài),一旦接觸模壁立刻凝固,因而在模壁處的物料很少有分子取向。由于冷凍皮層起著絕熱作用,所以貼近冷凍皮層的那層高聚物并不立即凝固,此層中的高分子鏈的一端被凝固附著在冷凍皮層中,而物料流在切應(yīng)力作用下將分子鏈的另一端引向流動(dòng)方向而取向。由于大口徑管件生產(chǎn)周期長,模具冷卻時(shí)間長,物料冷卻收縮后,在速度梯度上分層的物料便分離開,形成拉料桿上的硬殼。
我們?cè)趯?duì)抗沖改性劑進(jìn)行選擇后,發(fā)現(xiàn)使用納米碳酸鈣(50~70nm級(jí)CaCO3)改性PVC生產(chǎn)大口徑管件效果很好。由于納米CaCO3是無機(jī)剛性粒子,避免了澆口附近脫皮,拉料桿上的硬殼也消失了。納米CaCO3抗沖改性的效果比CPE還要好,而且制品的拉伸屈服強(qiáng)度、斷裂伸長率和簡(jiǎn)支梁沖擊性能等均有大幅上升。
此外還發(fā)現(xiàn)使用納米CaCO3改性PVC生產(chǎn)大口徑管件,機(jī)器操作穩(wěn)定性大大提高,開機(jī)時(shí)間和生產(chǎn)周期都有明顯縮短,產(chǎn)品外觀缺陷大大減少,光澤也十分明亮。更明顯的是產(chǎn)品一次成品率提高三至四倍,以往生產(chǎn)大口徑管件需反復(fù)調(diào)試,較順利時(shí)也需過渡六至七模產(chǎn)品,而使用納米CaCO3改性PVC 后,通常只需過渡一至兩模即可成功。
5　回收料
在注塑生產(chǎn)中,澆注系統(tǒng)的冷凝料所占比例不小,生產(chǎn)中也多將其研磨成粉加以回收利用。這里值得注意的是:回收料在加工過程中,分子鏈已發(fā)生物理、化學(xué)交鏈,分子鏈的有效長度變短。研磨后,大量長鏈又被打斷,使得分子間作用力大大減少;同時(shí)回收料中混有許多雜質(zhì)和灰塵,增加了制品內(nèi)應(yīng)力,其再次塑化時(shí),不但缺陷點(diǎn)多,而且分子鏈間交鏈點(diǎn)的數(shù)量和強(qiáng)度下降,這些因素使得回收料的性能大大下降,嚴(yán)重影響制品的液壓試驗(yàn)及墜落試驗(yàn)。此外回收料中的水分也值得關(guān)注,由于一般的注塑機(jī)沒有真空抽氣的裝置,僅靠加料口來排氣,其效果有限。微量的水分混入高溫熔體中而汽化,冷卻后,氣泡體積收縮,因而在制品中留下許多微小的孔穴。制品墜落時(shí),極易破碎。嚴(yán)重時(shí),烘箱試驗(yàn)前后制品的色水也會(huì)發(fā)生變化,所以對(duì)于回收料應(yīng)予以降級(jí)使用。
6　結(jié)論
(1)合理地設(shè)置多級(jí)分段,可有效改善制品品質(zhì);
(2)正確的修模,配以適當(dāng)?shù)淖⑸涔に?可大大減少制品表面黑點(diǎn);
(3)合理設(shè)定模具溫度,充分關(guān)注制品脫模后的溫度是PVC2U管件生產(chǎn)中的一個(gè)重要因素;
(4)使用納米CaCO3改性PVC生產(chǎn)大口徑管件十分有效,也是可行的;
(5)慎重使用回收料是提高制品性能的一個(gè)方面。

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