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注塑模具温度对高性能半结晶聚合物的重要性

在注塑成型中,模具温度是需要控制的最重要的工艺条件之一。首先,识别这些过程条件和我们用来控制它们的设定点很重要。因此,模具温度与通过模具水路的冷却/加热流体温度不等同,它是实际模腔稳定后的温度。模具温度决定:

  • 产品冷却的速度以及产品的内应力。

  • 注塑产品的表面光洁度。模具温度越高,光泽度越高。

  • PPS,PPA,POM等半结晶聚合物在模具中的结晶度。它们通常需要较高的模具温度来调节结晶度并改善机械性能。


在这里,我们想分享一个模具温度对PPS零件机械性能重要性相关的失效分析案例研究。


我们的客户问题是由40%玻纤增强PPS注塑而成的汽车零件,无法通过其机械强度的质量检验。提供合格样品(标记为“Good”)以与失效部件(标记为“Bad”)进行比较。利用分析工具 - 热重分析(TGA)和差示扫描量热法(DSC)用于此故障分析。


热重分析(TGA)是一种热分析技术,是指在受控环境下测量待测样品的质量与温度/时间变化关系的一种热分析技术。待测样品的重量会由于挥发或分解减少,或由于气体吸收或化学反应而增加。热重分析可以提供关于聚合物材料的组成和热稳定性的有价值的信息。获得的数据可包括挥发物含量,无机填料含量,玻璃纤维和炭黑含量。合格和失效注塑部件的TGA分析(图1)显示,它们都有大约40%的玻璃纤维残留,两个样品的峰值温度相当(550℃)。因此,我们可以得出结论,他们的构成是相同的。

图1:TGA 对“Good”和“Bad”注塑产品分析


差示扫描量热法(DSC)可用于观察热力学的变化,这可能表现出结晶度的差异。结晶度会影响机械性能。

图2: DSC对 “Good” 和 “Bad” 注塑产品分析


DSC分析(图2)显示在第一次熔化期间在失效注塑部件上存在放热过程(参见红色圆圈),这在合格注塑部件上没有出现。 我们确定失效注塑部件在126℃附近的放热“信号”是对应于在注塑过程中未完全结晶的树脂重结晶释放的能量。 合格注塑部件的这种放热“信号”没有出现,表示具有更高的结晶水平,因此部件通过工厂内部质量测试证明有更好的机械性能。 实际上,PPS供应商建议模具温度至少为140°C,以保证高结晶度并获得最佳性能。


在与客户讨论了上述发现后,客户对其工艺条件和注塑机进行了审核。测量的实际模具温度为80℃,远低于其在140℃下的模具温度设定点。纠正了问题后,客户就可以获得良好的模塑件。


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