理论教育 Noryl®微孔成型技术的优化探究

Noryl®微孔成型技术的优化探究

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:建议未发泡Noryl树脂使用4.76mm的最小开孔短喷嘴。Noryl成型时严格控制模具冷却会拓宽加工范围。注射成型Noryl树脂时应避免在高应力集中处形成熔接痕,但微孔注射成型没有这种高应力,因为熔接痕取决于泡孔长大。填充Noryl材料在微孔注塑件质量可以接受的前提下实现的最大减重是6%~7%。

Noryl®微孔成型技术的优化探究

Noryl®是GE塑料公司(现在的Sabic创新塑料公司)一种材料的商标,是聚苯醚(PPE)基树脂,是1966年推出的,为改性PPE。主要特点是其为PS或PS-HI与PPE的共混物。如果聚苯乙烯Tg≈90℃)与聚(2,6-二甲基苯醚)等量共混,就会得到一种透明聚合物(Tg≈150℃)。PPE和PS在116℃左右时有类似的二次转变,共混物也表现出这种转变。但共混物的黏度低于纯PPE,反映了低黏度PS的影响。这样,Noryl®树脂的加工性能改善,材料成本下降。

Noryl®树脂广泛用于轻质、安全和耐用品,其注射成型树脂易于在通常的机械上加工,为加工厂商提供了较宽的加工窗口。注塑件收缩率低,在极端成型条件下内在稳定性好,流动性能优异。其热变形温度范围为82~193℃,冲击强度高,力学性能和电性能优异,UL认证范围宽。尽管其吸水性在工程塑料中是最低的,但在注射之前最好将其干燥,尤其是外观要求严格的注塑件,但干燥时间不应超过8h,过度干燥可能导致其物理性能下降。

Noryl®树脂需要采用传统螺杆加工,压缩比在2.3~2.5之间。研究发现螺杆压缩比为2.5时加工窗口比2.3的宽。但是,压缩应该渐进、稳定地完成,因为急剧变化可能导致过度剪切和树脂降解。此外,计量段槽深要大于传统螺杆,减小剪切。由于螺杆内的压缩是渐进完成的,所以不推荐使用球阀,而应使用滑动环形单向阀,螺杆计量段的流动截面至少要有80%。螺杆与机筒任意一点间的间隙都不应超过0.0762mm。建议未发泡Noryl®树脂使用4.76mm的最小开孔短喷嘴。为了更好地成核,可将富气体Noryl®树脂的喷嘴孔减小到3mm,而且还应尽可能地短,常用长度为4mm或以下。但是如果注射过程中成核质量可以接受,可能需要将玻璃纤维增强Noryl®树脂用的喷嘴孔径增大到7.9mm,以避免过度磨损。

温度控制对Noryl®树脂成型也很重要。模具均匀冷却可以最大限度地缩短其微孔注塑件的成型周期,使公差控制得更好。一般建议型腔型芯钢温差要小。Noryl®成型时严格控制模具冷却会拓宽加工范围。

Noryl®树脂比较容易排气,过热时不像某些塑料那样产生大量的气体。但富气体Noryl®树脂在充模过程中会释放过量的气体,快速注射也可能夹带空气,因此有必要将宽为9.5mm的排气槽深度从0.076mm增加到0.127mm,必要时在型腔周围间隔50mm设置排气槽。对大型Noryl®注塑件来说,模具中还有连续排气的特殊排气槽,与充模流动方向平行或沿分型线设计,有助于使材料最大限度地减少产生残余阻燃剂,吸收微孔成型时快速注射产生的初始注射振动[23]

注射成型Noryl®树脂时应避免在高应力集中处形成熔接痕,但微孔注射成型没有这种高应力,因为熔接痕取决于泡孔长大。这也是微孔注塑件的弱点,需要认真设计,以避免应用时高应力处形成弱的熔接痕。

广泛用于微孔注塑件的常用Noryl®树脂有两种:一种是Noryl®MH230-GY 2043(UL2335,Pallet Material),是一种典型的未填充Noryl®材料;另一种是Noryl®HM4025-701[40%(质量分数)玻璃纤维/矿物质填充,高模量级,阻燃],是一种典型的填充Noryl®材料。下面的实例研究讨论了一些结果,将微孔发泡与未发泡注塑件的性能进行了比较。

1.成型加工

未填充Noryl®通常的注射成型条件是:机筒温度范围为204~266℃,模具温度大约为38℃,熔体背压为3.5MPa。微孔成型条件与上述条件不同,熔体背压高达12MPa,而且注射量小。成型填充Noryl®材料时机筒温度范围为260~288℃,其他成型条件与上述填充Noryl®材料相同。

未填充Noryl®材料在微孔注塑件质量可以接受的前提下实现的最大减重为10%,减重幅度大时SCF和熔融聚合物发生相分离,表面起泡。微孔成型实现最大减重时,最高注射压力和型腔压力分别下降15%和30%。

填充Noryl®材料在微孔注塑件质量可以接受的前提下实现的最大减重是6%~7%。微孔成型实现最大减重时,最大注射压力和型腔压力分别下降5%和17%。与未填充Noryl®材料相比,填充材料成型时锁模力和减重幅度都降低了,因为Noryl®中含有大量玻璃纤维。

微孔成型显著降低了成型温度。对未填充Noryl®材料来说,未达到注射成型机最大转矩就可能实现的最低熔体温度为249℃,而机筒温度较高时的最低熔体温度为266℃。

微孔成型还能降低玻璃纤维增强Noryl®材料的成型温度,但没有未填充材料明显。未达到注射成型机最大转矩就可以实现的最低熔体温度为276℃(通常成型时为288℃)。这是因为填充材料在螺杆回位时需要更大的转矩来使螺杆转动。

2.收缩

还不清楚未填充Noryl®MH230树脂的收缩率,因为泡孔结构不太好,不能进行准确分析,但填充Noryl®材料微孔成型的收缩率下降了(平均下降20%)。这就表明如果制备出好的泡孔,微孔成型可以降低Noryl®材料的收缩率,因为纤维填充材料制备的泡孔结构好于未填充材料。

3.阻燃性能(www.daowen.com)

填充、未填充Noryl®树脂制备的所有注塑板都通过了5-V阻燃试验测试,这表明在本书研究的所有减重幅度下微孔成型都不影响其阻燃性能,这与之前研究的PBT材料统计学结论一致。

4.热性能

微孔成型对未填充Noryl®树脂的热导率影响很小,但使填充Noryl®HM4025树脂的热导率大幅度下降。填充、未填充Noryl®在不同机筒温度时注塑试样的热导率没有统计学意义上的差异。

5.流变性能

未填充Noryl®树脂微孔成型时流变性能发生变化,表明气体发泡材料降低了其黏度。填充Noryl®树脂用40%(质量分数)玻璃纤维增强时,黏度比未填充树脂大幅度降低,这可能是富气体熔体和加工过程中玻璃纤维被破坏的双重作用造成的。

6.动态力学分析

DMA分析表明,微孔成型使未填充Noryl®MH230树脂的弹性模量下降了15%,但对玻璃化转变温度(未发泡时,Tg=139℃;微孔成型、减重13%时,Tg=140℃)没有影响。另外,与未填充Noryl®树脂一样,微孔成型没有改变填充Noryl®材料的玻璃化转变温度(未发泡,Tg=148℃;微孔成型、减重8%时,Tg=150℃)。

7.弯曲性能

微孔成型对未填充Noryl®MH230树脂的弯曲模量没有很大的影响。低熔体黏度试样的弯曲性能下降明显(16%)。与此类似,减重8%时,填充Noryl®HM4025微孔注塑件的弯曲模量下降8%。

8.拉伸性能

未填充Noryl®MH230微孔注塑件减重13%时弹性模量下降27%,降低熔体温度不能提高拉伸性能保留率。薄壁注塑件的模量下降幅度比厚壁试样低(只下降了9%)。然而,填充材料在一定减重幅度下能将拉伸性能保持得更好。当厚为3.7mm和2.5mm的试样分别减重8%和6%时,填充Noryl®HM4025树脂的弹性模量只下降了8%。

9.冲击性能

未填充Noryl®HM4025树脂厚微孔试样减重6%时冲击性能下降15%。但是,对于填充量较大的玻璃纤维增强材料来说,纤维取向对最终微孔注塑件性能有重要影响。实际上微孔成型有助于改善纤维取向,如果充模和泡孔结构控制得有利于解取向,那么各向异性一般会得到明显改善[24,53]

10.表面起泡

填充和未填充Noryl®树脂在试验中都没有产生表面起泡问题,这表明其适用于微孔成型,这也是其多年来一直成功用于微孔注射成型的另一个原因。

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