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阻燃PC/ABS的成型加工指南
【本文来源:锦湖日丽】 上海锦湖日丽的PC/ABS合金(HAC系列)是一种性能优良的工程塑料,它改善了PC的应力开裂性、加工性,同时具有优秀的耐热性、抗冲击性、耐化学性和尺寸稳定性。无卤阻燃PC/ABS可以达到1.5mm V0、2.0mm 5VB及3.0mm 5VA的阻燃等级,并且不采用卤素阻燃剂,更绿色环保。广泛应用于电脑显示器外壳等IT产品、复印件、打印机等办公设备之外壳。

图 锦湖日丽PC/ABS HAC8251NH材料应用


图 汽车蓄电池薄壁外壳(1mm)来源锦湖日丽



锦湖日丽阻燃PC/ABS可以使用传统加工设备进行注塑成型、挤出成型、结构发泡成型等。其流变特性如下:


 图一 锦湖日丽无卤阻燃PC/ABS流变特性图


阻燃PC/ABS由于含有PC成分和阻燃剂,小量的水分易导致PC在高温成型加工过程中产生水解,以及过分受热(包括剪切热)导致部分降解及小分子析出,从而造成制品产生银丝、发黄、表面黑条纹、色差等外观问题、以及产品脆、螺丝柱断裂、喷漆开裂等强度问题和模具沉积模垢等缺陷。所以, 为了成型出更优质的产品, 建议检查注塑各相关环节,请参考以下无卤阻燃PC/ABS的注塑加工工艺规范。


加工注意事项:


1、必须对材料进行充分干燥,否则易造成材料水解;

2、严格控制材料的成型温度及在高温时的滞留时间,否则易造成材料热降解。


一、材料的干燥:


通常情况下,PC/ABS树脂在储存运输过程中会吸收空气中的水分,其吸水率随空气湿度变化而变化,一般为0.2~0.3%之间。故为了使注塑制品达到最佳效果,减少降解的可能性,PC/ABS在成型加工前必须进行干燥,使材料含水量降至0.05%以下,最好在0.02%以下,以提高材料加工稳定性能和机械性能。HAC系列PC/ABS干燥时间与含水率的关系见下图:

 图二 锦湖日丽无卤阻燃PC/ABS干燥时间与水分含量趋势图


通常,阻燃PC/ABS树脂在建议的温度下(见下表),预干燥4~6小时,可以达到所需要的含水率。具体干燥时间与使用的干燥设备有关,但最长累积干燥时间不能超过48小时,否则材料有降解变色的可能。


表一 锦湖日丽无卤阻燃PC/ABS各牌号干燥温度表

HAC8250NH

HAC8250NH(M)

HAC8250NH(H)

HAC8290NH

干燥温度(℃)

80-90

80-90

85-95

85-95


干燥设备:


常用的干燥设备有三种:箱式干燥机、料斗式干燥机和除湿干燥机。


使用箱式干燥机时,应将树脂铺在托盘上,厚度为25mm左右,不宜过厚。对于大颗粒(回用料)或玻璃纤维填充物料,干燥时间应增加到6 小时以上。


使用料斗式干燥机时,加入的材料要大于料斗容量50%而小于90%,以确保足够的热风阻力和干燥效率,同时要监控出风量和出风口温度,进风口和出风口的温差控制在20度以内,最好10度以内。料斗的容量必须确保材料干燥时间达到4-6小时。


使用除湿干燥机时,除注意干燥温度、干燥时间和风量外,还必须控制好露点,露点最好为-40度,不能高于-30度,这样才能确保干燥效果。


HAC系列阻燃PC/ABS建议使用除湿干燥机干燥。


二、注塑设备的选择:


在确定其注塑设备的规格时,要考虑制件的总注塑重量和所需锁模力这两个基本因素。



注塑机容量:


当总注塑重量(所有型腔,包括流道和注道)等于注塑机最大注塑容量的50~80%时,一般可以获得最佳效果。使用大料筒机器时,极小的注射量会造成树脂的滞留时间不必要地延长,从而导致树脂降解。如果必须在建议温度范围的高温段进行注塑,应选择较小的注塑机料筒容量,建议注塑量大于最大注塑容量的60%,以缩短材料的停留时间,降低材料降解的可能性。我们建议的最长热停留时间应小于10分钟,最佳的热停留时间小于5分钟。


粗略估算材料停留时间的经验公式如下:

           

其中

x   代表螺杆最大计量;

x1 代表每模的注射用量;

t    代表成型周期;

ß   校正系数,根据产品结构及设备选用大小取1.5~2.5。


锁模力


制品所需锁模力的估算:锁模力(T) = 塑件投影面积(c㎡) x 塑料锁模力常数(t/c㎡), PC/ABS推荐常数是0.5-0.8, 而计算出的锁模力应不超过注塑机最大锁模力的85%。


螺杆


为了防止螺杆旋转对材料产生较强的剪切而导致PC/ABS的降解,应选用中低压缩比的螺杆。建议螺杆要求如下:长径比:20:1-25:1;压缩比:2:1-2.5:1



三、 注塑工艺参数设定:


注塑成型工艺参数,是指和温度、速度、位置、压力及时间有关系的参数。实际成形中应综合考虑,要在能保证制品的质量(如:外观、尺寸精度、机械强度等)和成型作业率(如:成型周期)的基础上来合理设定。HAC系列阻燃PC/ABS参考成型工艺见下表:


表二 锦湖日丽无卤阻燃PC/ABS各牌号主要成型工艺参数表

项目

单位

HAC8250NH

HAC8250NH(M)

HAC8250NH(H)

HAC8290NH

干燥温度

80-90

80-90

85-95

85-95

干燥时间

小时

4-6

4-6

4-6

4-6

模具温度

50-80

50-80

50-80

50-80

成型温度

230-270

230-270

230-280

240-280


成型温度的设定是以确保PC/ABS充分塑化为基准,应尽量使用低温区域,以防止材料降解。成型温度增加会明显地降低阻燃PC/ABS的粘度,增加树脂的流动性,因而,使流动距离变长。原则上,当使用建议的成型温度上限时,应使熔胶滞留时间尽可能短,避免降解的产生。建议用手持式高温计,来测量熔融材料的实际温度。


1、模具温度


模具温度控制对决定最终制件的充填程度、外观、残余应力是非常重要的。我们建议在成型PC/ABS时使用模温机来控制模具温度,建议的模温是50-80℃。较高的模具温度,往往会产生良好的流动、较高的熔接线强度、较小的产品内应力,但成型周期会延长。若模具温度比建议的低,就会导致高内应力并损坏制件的最佳性能。就制件表面和循环周期而言,模具温度为建议温度范围的中间值时,可望得到较好的结果。



2、螺杆转速


一般以在冷却时间内尽量完成计量来设定螺杆回转数(RPM)。同时要考虑材料塑化状态、螺杆回转时发生的剪切热、计量时间的稳定性和最小残留量的稳定性。过高的螺杆转速会导致过大的剪切热,从而使熔融材料的实际温度大大高于设定温度,就有可能导致材料降解。 螺杆的转速与螺杆的外径有关,阻燃PC/ABS建议最佳螺杆线速度是200mm/s,其转速通过下面公式计算:


螺杆转速RPM=〔最佳线速度200mm/s×60〕/〔D*π〕。


推荐的螺杆转速如下图:

图三 螺杆转速图


3、背压


背压的作用是提高材料的塑化质量、使材料更密实及排气。背压的调校应视原料的性能、干燥情况、产品结构及质量状况而定,阻燃PC/ABS的背压一般调校在3-10kg/cm2 。过高的背压,也会导致过大的剪切热,注塑时要留意。当产品表面有少许银丝、混色、缩水及产品尺寸重量变化大时,可适当增加背压;当射嘴出现漏胶、流涎、材料过热分解、产品变色及回料太慢时可考虑适当减低背压。


4、松退


松退是指为了防止熔胶流延而设定的螺杆最小后退量,它可以降低料筒内的材料压力,减少内应力。松退量与背压大小和射嘴结构和温度密切相关。背压较小时可以不设松退量;通常情况松退设定为2-5mm。过大的松退量会使料筒内的熔料夹杂气体,严重影响制品质量。


5、最小残余量


残余量一方面可防止螺杆头部和喷嘴接触发生机械碰撞事故;另一方面可通过此余料垫来控制注射量的重复精度,达到稳定注塑制品质量的目的。残余料量过小,则达不到缓冲的目的,易导致每次注塑的质量不稳定;过大则会使熔胶受热时间变长而降解。通常建议残余量为5-10mm。


6、注塑速度


选择注塑速度时,主要考虑制品的外观、模具的排气以及型腔内树脂流动的阻力。设定时要一边观察确认制品﹐慢慢变更速度。较快的注塑速度,一般会使流程加长,适合充填薄壁制品,并形成较好的表面光洁度。但对于点浇口和潜伏浇口,过快的注塑速度产生强剪切导致材料降解,从而出现银丝、变色、分层和烧焦等不良现象,同时模具排气要特别通畅。而慢速注塑速度多用于直浇口和边缘浇口进胶的制件,可以帮助避免浇口白晕、喷射痕和流痕等缺陷。对于厚壁部件[5.0mm及以上],慢速充填,有助于减少凹陷和空隙。建议采用分段阶梯式速度设定,以确保充填顺畅和制品外观。



7、注塑和保压压力


注射压力是为了克服熔体在流动过程中的阻力,流动过程中存在的阻力需要注塑机的压力来抵销,给予熔体一定的充填速度及对熔体进行压实、补缩,以保证充填过程顺利进行。实际注塑压力跟许多变量有关,如:熔体温度、模具温度、制件几何形状、壁厚、流动长度,以及其它模具和设备情况。总之,最好选用能满足性能、外观和注塑循环的最低压力。同时要关注实际注塑峰值压力与设定值的差异,如果峰值压力达不到设定压力,就要重新优化工艺参数。


一般情况下,合适的保压压力为注射压力的60~80%。


8、保压时间


保压时间的设定是根据浇口随着冷却完成其固化﹐螺杆再推进已不再对成型品施加压力为止的时间。保压时间的设定以射出时间和压力为基准﹐然后渐渐延长时间来测定成型品的重量,成型品重量不再变化为止即是要设定的保压时间


9、冷却时间


冷却时间的设定是基于产品固化开模取出后不致产生变形,先可以设定长一点,然后根据产品及冷却效果的不同慢慢减少,以产品不变形的最少冷却时间为最佳冷却时间。也可按下列公式估算:


图四 制品重量随保压时间变化图


式中  δ  是需要冷却的制品厚度,单位为mm

α  是塑料的热传导系数


四、 停机


当注塑循环中断时,建议根据停机时间不同采取不同的处理方法:


短期:短期(10~15分钟)停机,HAC系列阻燃PC/ABS树脂可以保留在料筒内,不用排出。建议料筒采取保温措施,保温温度为150℃。


长期 : 完全清除料筒内的树脂材料,按照以下标准停机步骤操作:

1. 关闭料斗进料滑阀,继续按周期注塑,直到螺杆不再回转后退。

2. 排出残留的物料。最好进行清机处理。

3. 螺杆应停留在前进位置,切断料筒加热器。


五、 开机


开机时,把料筒加热器设置为正常加工温度,温度达到后再保持20分钟左右,开始对空射出,直到残留物料全部排出,然后开始注塑。应检查开始的注塑件是否被初始注塑物污染。


六、 清机


高密度聚乙烯、通用聚苯乙烯和粉碎注塑聚丙烯,都是无卤阻燃PC/ABS的最佳清洗剂。料筒可在加工温度下清洗,然后应逐渐降低温度。在清洗过程中,合适的通风非常重要。


七、 回用料(破碎料)


如果应用中允许使用回用料,可以把流道、水口及非降解制件破碎后均匀加入新料中,最高添加量应小于25%。破碎料一定要过筛去除粉屑,控制破碎颗粒的尺寸为7.9~9.5mm。由于粉屑的比表面积大,吸收的水分不易烘干,易导致制品银丝;同时粉屑受热易降解炭化,导致制品黑点不良。


另外,应特别注意保持颗粒清洁,避免被其它物料污染。由于回用料与纯颗粒的尺寸不同,水分扩散不同,因此,干燥的时间要增加。使用回用料对颜色可能会有一定影响。实际回用料的使用,应视具体产品的要求而定。


八、 常见不良处理指南


  


常见不良处理指南:

不良现象

采取措施(★为主要措施)

缩水

★提高射胶压力和保压压力,特别是保压压力
★增加保压时间
★调整料筒温度,多数是降低温度
★调整模具温度,模温过高产生过大收缩,模温过低会使保压失效
★增加浇口和流道
★产品或加强筋厚度过厚,修改设计
●降低注塑速度
●调整浇口位置
●选用收缩率小的材料

熔接线

★提高射胶压力和保压压力
★提高料筒温度
★增加注塑速度
★提高模具温度
★增加浇口和流道尺寸、并调整位置
★提高材料流动性
●增加模具排气
●减少脱模剂使用
●材料干燥充分

银丝

★降低料筒温度
★充分干燥材料
★降低注塑速度
★降低螺杆转速,并调整合适的背压
★增加浇口和流道尺寸、并调整位置
★减少螺杆缓冲量
★产品设计增加R角,使熔体流动顺畅
●增加模具排气
●减少脱模剂使用
●材料混入杂质或回料过多

发黄、黑斑

★降低料筒温度
★降低注塑速度
★减少材料停留时间
★减少环境污染
★提高材料耐热性
●增加模具排气
●减少脱模剂使用
●材料干燥充分

打不满

★提高射胶压力和保压压力
★提高注塑速度
★提高模具温度
★计量不够,增加加料量
★提高材料流动性
★加大浇口和流道大小
●增加模具排气
●减少脱模剂使用
●检查注塑机止逆环是否破损

流痕

★提高料筒温度
★降低注塑速度
★提高模具温度
★提高材料流动性
★加大浇口和流道大小
●增加冷料井
●减少脱模剂使用
●提高保压压力

翘曲变形

★降低射胶压力和保压压力,特别是保压压力
★减少保压时间
★调整料筒温度
★调整前后的模具温度
★调整浇口和流道大小和位置
★模具冷却水路设计不当,重新调整
●降低顶出速度、调整顶出位置和个数
●延长冷却时间
●选用收缩率小、取向性小的材料

制件脆裂

★降低射胶压力和保压压力
★降低料筒温度
★充分干燥材料
★尽量少用回料
★增加产品R角
★避免产品接触某些化学品
●降低背压和螺杆转速
●加大浇口和流道大小,防止剪切过热
●调整顶出,增加顶出面积

毛边

★降低射胶压力和保压压力
★减慢射胶速度
★降低料筒温度
★修复模具分型面损伤
★提高注塑机锁模力
●降低模具温度
●调整保压切换位置

喷射痕

★提高料筒温度
★降低入浇口处的注塑速度
★提高模具温度
★提高材料流动性
★加大浇口和流道大小,并调整位置
●增加冷料井
●减少填充剂的使用

脱模不良

★降低射胶压力和保压压力
★降低顶出速度
★提高料筒温度,用较低的压力成型
★加大顶出面积,调整顶针位置
★加大模具脱模斜度
★延长冷却时间
●抛光模具
●选用强度好的材料
●减少产品尖角,避免应力集中


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