淮南冀肝建材有限公司

所謂的“冷/熱模注塑加工” 技術(shù)，是一種可在注塑成型周期內，使模腔表面溫度實(shí)現冷熱循環(huán)的工藝。其特點(diǎn)是：在注射前，先加熱模腔，使其表面溫度達到加工材料的玻璃化轉變溫度（Tg）以上；當模腔填滿(mǎn)后，迅速冷卻模具，以使制件在脫模前完全冷卻。
　　這種冷/熱模注塑成型工藝可以大幅度地改善注塑制品的外觀(guān)質(zhì)量，而且可以省去某些二次加工（如旨在掩蓋表面缺陷的底漆和磨砂處理）過(guò)程，從而降低整體生產(chǎn)成本。在某些情況下，甚至還可以省去上漆或粉末涂布工藝。在那些對表面光澤度有較高要求的應用中，冷/熱模注塑成型工藝還允許使用玻纖增強材料。該工藝的其他優(yōu)勢還包括：降低注塑內應力、減少甚至消除噴射痕和可見(jiàn)的熔接線(xiàn)，以及增強樹(shù)脂的流動(dòng)性，從而生產(chǎn)出薄壁產(chǎn)品等。
　　通常情況下，冷/熱模注塑成型工藝適用于所有的傳統注塑機。但是，如果希望模具表面得到快速加熱或冷卻，還需要配合使用特定的輔助系統，目前常用的輔助系統是高溫熱水系統和高溫蒸汽系統。這些輔助系統中的蒸汽，要么來(lái)自外部鍋爐，要么由其自身的控制設備產(chǎn)生。早在幾年前，沙伯基礎創(chuàng )新塑料就開(kāi)始在日本研究冷/熱模注塑成型技術(shù)。目前，該公司在其亞太區的開(kāi)發(fā)中心中使用的是高溫蒸汽系統，而在位于馬薩諸塞州匹茲菲爾德的聚合物加工開(kāi)發(fā)中心（PPDC）中，該公司則使用了德國Single Temperiertechnik公司的高溫熱水系統，它可以提供200℃的高溫熱水。
　　為了實(shí)現有效的工藝控制，模具必須配備熱電偶，并且熱電偶最好被安置在靠近模腔表面的位置，以便監控溫度。為了確保工藝的穩定性，注塑模具、注塑機和冷/熱控制器還必須集成在一起。沙伯基礎創(chuàng )新塑料在該工藝的生產(chǎn)體系中配備了一臺控制設備，以將各個(gè)要素有效地集成在一起。
　　在該工藝的開(kāi)始階段，利用在模內循環(huán)的蒸汽或高溫熱水來(lái)加熱模腔表面，使其溫度達到高于被加工樹(shù)脂的玻璃化轉變溫度10~30℃的水平。一旦模腔表面達到這一溫度值，系統便向注塑機發(fā)出信號，以將塑料注射到模腔中。當模腔被填滿(mǎn)（注射階段完成）后，冷水開(kāi)始在模具中循環(huán)流動(dòng)，以快速帶走熱量，從而使注塑部件在脫模前完全冷卻。利用一個(gè)閥站，即可方便地實(shí)現從蒸汽或高溫熱水到冷水的切換，反之亦然。當部件冷卻后，模具打開(kāi)，部件被頂出，然后重復上述過(guò)程。
　　工藝優(yōu)化：模具的設計和構造
　　冷/熱模注塑成型技術(shù)的循環(huán)周期除了取決于所加工的材料外，模具的設計和構造對其則有極大的影響。一般，加熱模具所需的時(shí)間取決于模具用鋼的總量，因此盡量減少所要加熱和冷卻的鋼材量非常重要。為了做到這一點(diǎn)，最好是將模腔和模芯嵌入到模板中，而不是穿過(guò)模板。為了減小熱損失并提高效率，還應在任何可能的條件下，利用氣隙和隔熱材料，將這些嵌入件與模腔和模芯固定板隔開(kāi)。
　　除了盡可能地減少必須進(jìn)行冷/熱循環(huán)的鋼的用量外，還應考慮使用具有高導熱性的金屬，如鈹銅合金或其他具有良好導熱性的合金來(lái)制作模具。這些金屬有助于縮短加熱/冷卻模腔表面所需的時(shí)間。此外，在模腔表面附近布置水路管線(xiàn)也可以加快響應速度。然而，多數情況下，制品的幾何形狀不允許這樣做。盡管如此，共形冷卻方法卻極適合這種工藝，這是因為，其管線(xiàn)的布置可以與部件表面形狀保持一致。因此，共形冷卻方法可以極大地縮短最重要位置（即模腔表面）的熱響應時(shí)間。
　　就共形冷卻技術(shù)而言，它往往涉及到注塑模的制造，或者更確切地說(shuō)是鑲嵌塊的制造。一般，通過(guò)優(yōu)化冷卻道的設置，可以?xún)?yōu)化冷卻效率，縮短生產(chǎn)周期。而傳統的冷卻方法很難做到這一點(diǎn)，因為一般制品的形狀都很復雜，且常規的冷卻通道只能被鉆成直線(xiàn)形。
　　目前，有多種模具制造技術(shù)可實(shí)現共形冷卻，如激光燒結和直接金屬沉積法。為了開(kāi)發(fā)用于該工藝的測試模具，沙伯基礎創(chuàng )新塑料的 PPDC選擇了位于美國密歇根州特洛伊市的Fast4m Tooling公司作為其模具供應商。Fast4m Tooling采用鋼板層壓構造技術(shù)，設計并制造了帶有共形冷卻通道的模腔和模芯組件。
　　冷/熱模注塑成型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
　　冷/熱模注塑成型技術(shù)可以極大地提高注塑部件的美觀(guān)性。該工藝有助于改善半晶態(tài)和非晶態(tài)樹(shù)脂制品的外觀(guān)，特別是對于非晶態(tài)樹(shù)脂尤為明顯。在注射階段，當模具表面溫度超過(guò)非晶態(tài)樹(shù)脂的玻璃化轉變溫度時(shí)，表層材料即使接觸到模具表面，也不會(huì )出現傳統注塑生產(chǎn)中常見(jiàn)的冷凝現象，從而確保了聚合物在注射階段能夠自由流動(dòng)。隨著(zhù)模腔的填滿(mǎn)以及模腔內壓力的增大，樹(shù)脂被迫流出，這有助于模腔表面的完美復制，并提高制品的表面光澤度。
　　對于填充型材料，被迫流出的樹(shù)脂在制品外表面上形成聚合物薄層，它可將填料（玻璃纖維、碳纖維或礦物質(zhì)等）包覆起來(lái)，從而提高了制品的光澤度并降低了表面粗糙度。研究表明，這種方法可使光澤度提高50%~90%以上?？傊?，冷/熱模注塑成型工藝對于改善制品的表面粗糙度是非常有利的，它可使玻纖增強材料制品的表面粗糙度得到70%的改善。即使是無(wú)填充材料制品，其表面粗糙度也可獲得20% 以上的改善。
　　減少可見(jiàn)的熔接線(xiàn)、射流和流痕
　　冷/熱模注塑成型技術(shù)有利于改善熔接線(xiàn)的深度和可視程度。利用一個(gè)測試模具，沙伯基礎創(chuàng )新塑料分別采用冷/熱模注塑成型技術(shù)和傳統的注塑工藝分別加工了3種不同的材料。使用傳統注塑技術(shù)生產(chǎn)的部件，其表面熔接線(xiàn)的深度介于6~13μm之間，而在采用冷/熱模注塑成型工藝生產(chǎn)的部件上，完全看不到熔接線(xiàn)，因此也無(wú)從測量其深度。這一突破性的改進(jìn)意味著(zhù)對某些產(chǎn)品的涂裝作業(yè)可以省去。
　　減小內應力
　　內應力通常是導致產(chǎn)品翹曲變形的主要原因之一，在某些情況下,它還有可能縮短部件的使用壽命。一般，采用傳統方法注塑成型的部件具有較高的內應力，此時(shí)如果應用四氯化碳（CCl4）這種廣為熟知的應力開(kāi)裂促進(jìn)劑作溶劑進(jìn)行試驗，就會(huì )導致部件的開(kāi)裂。而采用冷/熱模技術(shù)注塑成型的制件由于具有較低的內應力，因此即使采用了CCl4溶劑，也不會(huì )導致部件的開(kāi)裂。顯然，采用冷/熱模技術(shù)注塑成型的部件在使用前可取消退火處理。
　　冷/熱模注塑成型技術(shù)的首次應用是生產(chǎn)汽車(chē)車(chē)頂的行李支架，該產(chǎn)品被用來(lái)替代原來(lái)的金屬制件。沙伯基礎創(chuàng )新塑料采用了玻纖增強Xenoy* 1760樹(shù)脂（即11%玻纖增強PC/PBT）來(lái)生產(chǎn)該行李支架部件。當采用傳統的注塑成型工藝時(shí)，制品表面出現了明顯的噴射痕和熔接線(xiàn)，以至于無(wú)法滿(mǎn)足表面質(zhì)量要求。同時(shí)，玻纖增強材料還使得制品表面非常粗糙，因此需要在上漆之前進(jìn)行打磨。而采用冷/熱模注塑成型技術(shù)后，上述各種表面質(zhì)量問(wèn)題都得以避免，從而滿(mǎn)足了高表面質(zhì)量的要求。
　　總之，當使用PC、PC/ABS和PC/PBT等材料生產(chǎn)電視屏幕邊框、導光板、汽車(chē)音響組件和筆記本電腦外殼等產(chǎn)品時(shí)，利用冷/熱模注塑成型工藝，可以最大程度地減少影響制品外觀(guān)的質(zhì)量問(wèn)題。