理论教育 模具表面的涂覆与结构化技术

模具表面的涂覆与结构化技术

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:与模具表面上覆薄膜类似,在模具表面上涂覆一层特殊的聚酰亚胺涂层,表面也能达到A级。CSM模具型腔表面上有一层0.1mm厚的聚酰亚胺绝缘层,其上被30μm厚的环氧-有机硅保护性硬涂层所覆盖,将保护性涂层磨光成镜面状表面,硬度为3H。模具表面上有聚酰亚胺涂层时,即使在模具温度低时也能得到高光泽表面的注塑件,而且还能提高结晶性材料的结晶度。模具表面可以做成纹理结构的。

模具表面的涂覆与结构化技术

模具表面涂覆一般用于提高其耐蚀性。成型过程中化学腐蚀性物质大多为盐酸乙酸。保护模具表面的涂覆方法是镀铬(最为常用)或者镀镍(耐蚀性更好)。铬电镀层一般厚为5~200μm,特殊情况下,厚为0.5~1mm[29]。电镀铬不仅耐腐蚀,而且也耐磨损,因为电镀后模具表面能达到900HV的硬度。电镀镍后耐蚀性也很好,但是与铬相比,硬度低一些。

在涂覆之前,必须对模具表面进行抛光,因为涂覆后的表面质量取决于基材表面原有的质量。此外,上述模具表面的涂覆只有在沉积物厚度均匀时才有效,而且模具上必须避免有尖边。厚度不均匀以及尖角会在保护层中产生应力,进而会使电镀层在载荷作用下产生剥离。在有复杂倒陷结构的模具上沉积不均匀的危害尤为严重。此外,弯曲应力可能很容易使模具产生裂纹。

微孔模具采用新型陶瓷涂覆技术大大降低了微孔注塑件的表面粗糙度值,不过这一技术目前仍处于实验阶段。还有一种在模具上涂覆绝热层的技术,能提高微孔成型注塑件的表面质量,但成型周期稍有延长[29]

Trexel公司对型腔表面上覆聚酯薄膜的微孔模具进行了一些实验。测试结果表明,这种模具所制得的微孔注塑件表面光滑,没有旋流痕。原因是其表面的薄膜降低了注塑件表层的冷却速率和流动摩擦,因而,注塑件内应力低,取向轻,表面上流痕少。气体可以在光滑涂覆的模具表面上滑动,不会破裂。这样,图6-25所示的表面上严重剪切的气泡就不再存在了。涂覆模具表面上的气泡要么是因为没有直接的冻结表层而被压扁,要么是在模具表面温度高于冷金属模具表面时在很长的时间内扩散回聚合物熔体中[30]

与模具表面上覆薄膜类似,在模具表面上涂覆一层特殊的聚酰亚胺涂层,表面也能达到A级。该技术是旭化成公司开发的[31],该公司将这一技术命名为光滑表面成型(CSM),成型时采用这种技术能得到高光泽表面,不会在注塑件上产生熔接痕。这种技术用于微孔成型也很好,也能得到高质量的表面。CSM模具型腔表面上有一层0.1mm厚的聚酰亚胺绝缘层,其上被30μm厚的环氧-有机硅保护性硬涂层所覆盖,将保护性涂层磨光成镜面状表面(60°时光泽为103%),硬度为3H。测试表明,即使在注射30000次后也不会破坏。

模具表面上有聚酰亚胺涂层时,即使在模具温度低时也能得到高光泽表面的注塑件,而且还能提高结晶性材料的结晶度。这是因为聚酰亚胺涂层起到了绝缘层的作用,维持注塑件表面的温度。但是,温度的维持只是在熔体注射之后的瞬间。在注射完成之后的0.1s时涂覆表面的温度一般要高出70℃。

模具表面可以做成纹理结构的。总的来说,通过降低旋流痕的可见度,可大幅度提高注塑件的表面质量。纹理表面的折射原理有几种不同的解释:一种解释是它能使逃逸的气体和裹挟的气体更好地排出,遮掩发泡所致的表面缺陷;另一种解释是,通过聚合物机械锚接在纹理模具表面上,纹理表面降低了型腔壁面上长大了的气泡的剪切应变[30];最为常见的解释是反向散射大大减少了银纹[11,30]。采用纹理模具表面是制备浅色微孔注塑件的一种有效方法。Xu[11]的研究表明,光滑表面模具成型的微孔注塑件表面有拉伸的泡孔。此外,他还对模具表面不同深度的纹理进行了研究(图6-25),结果表明,深纹理模具表面使泡孔受拉伸的程度比浅纹理严重得多。但是,肉眼观察到的表面质量并没有很大的差异,实际的微孔注塑件都能够接受,其应用有几种。其中之一是增加纹理遮掩微孔注塑件暴露表面的气旋,只需在需要之处而不是在整个注塑件表面制造纹理,这样能够降低纹理制造成本。将来可能需要研究不同的纹理结构,以找到更好的纹理,提高微孔注塑件的表面质量。(www.daowen.com)

微孔成型中有两种粗糙度形成机制——界面间粗糙度和自由流动前沿粗糙度[11]。第6章从加工的观点全面论述了这两种形成机制。微孔发泡成型时大部分是界面间粗糙度。虽然小而均匀的泡孔是提高微孔泡沫表面质量的重要因素,但是模具表面技术能使微孔泡沫的表面质量更高。典型的模具表面技术总结如下:

1)通过精确控制注塑件表面聚合物的结晶度,热涂覆模具能解决非结晶性材料和结晶性材料的界面间粗糙度问题。如果注射时间很长,在热涂覆模具充模的最后可以考虑自由流动前沿粗糙度。自由流动前沿粗糙度可以用作最大注射时间极限的控制因素。

2)纹理表面模具可能会降低银纹的光学效果,但是使表面的泡孔拉伸加重。不过,经过仔细设计的与模流方向相一致的纹理表面有助于表面气体或空气的排出,减少微孔泡沫表面上气泡的破裂。

3)结晶可能会排出气体,使表面质量变差,所以,结晶度与小泡孔之间达到平衡是提高结晶性材料表面质量的一种途径。

本章最后一节对此有专门的讨论,给出了详尽的设计和研究结果,解决了微孔注塑件表面质量的更多问题。

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