模具排气对成功的微孔充模十分重要。最开始时假设微孔成型需要的排气间隙小于通常成型,因为富气体熔体的黏度低,需要很好的密封,以防止溢料。根据下述事实,需要进行一些修正:
1)注射太快,自由流动前沿逃逸的气体和难排气处所夹带的气体会使通常排气槽的尺寸太受限,无法及时排出气体和空气。排气不充分的型腔可能会使所夹的空气和气体局部灼烧,进而导致模具受损,还可能使一些最终难以排气的角落处产生短射。
2)尽管富气体熔体的黏度低,可能容易渗漏,导致产生的飞边多,但是实际的情况是,微孔成型时型腔压力远低于通常的注射成型,因此,推动低黏度物料通过排气槽渗漏的力比通常的注射成型高型腔压力时小得多,所以,排气间隙的深度可以与不发泡注射成型一样,因为排气处需要高的气体和空气体积释放流量。
微孔成型排气的临界间隙深度与传统注射成型一样,但是建议采用材料加工参考值的上限:
1)对于PP、PA、GR-PA、POM和PE等结晶性热塑性塑料,不发泡注射时的临界排气深度是0.015mm。
2)对于PS、ABS、PC和PMMA等非结晶性热塑性塑料,不发泡注射时,临界排气深度为0.03mm;微孔发泡时为0.05~0.08mm。
3)对于流动性很大的材料,即熔体流动速率很高的材料,发泡和不发泡时的临界排气深度均为0.003mm。
4)对于聚烯烃材料,排气深度为0.025~0.05mm。
5)排气深度变化更为敏感。一般来说,如果设计的是直角排气槽,排气槽的深度可以使用上面推荐的数据。如果模具结构允许,宽度可以增加到12mm。
6)模具内要填充的最后区域要释放的气体和空气量最大,此处的压力可能是充模路径上最低的,所以,将排气宽度增加100%、深度增加50%~75%可能更为安全[6],以有效增加排气区域。
7)微孔注射成型时短射的第一次模具试验有助于找到排气的临界处。在模具试验测得的临界处需要增设排气槽。
8)排气平直区的长度应该尽可能短,如果可能,建议不要超过1mm。
9)排气释放槽为1~2mm,而且应该与大气相连。
10)流道残料顶销是要增加排气出口的又一个地方。一般来说,流道残料顶销需要直径0.04mm的间隙进行排气。如果是扁平的,顶销上就要切制0.05mm的间隙,在流道上排气。
11)如果筋的深度或者凸起高度是微孔注塑件厚度的4倍,则凸起和深筋可能需要设计排气结构。(www.daowen.com)
12)推杆处也需要排气。对于微孔成型来说,推杆底部的宽应该为0.05~0.1mm,通常的推杆间隙0.025~0.04mm在高速充模时可能不足以将气体和空气一起排出。
上述建议的许可间隙深度在间隙内的压力很低(<5MPa)时可以超过十分之几毫米[29]。对微孔注塑件而言,总是采用这种低压,除非改变成型工艺填充难填充的薄壁模具或者是以极高的注射速度成型超微孔注塑件。
从模具中排出的空气和气体的流动速率可以用下述气体体积修正过的公式进行计算[29],即
式中 ——模具内总的排气流量;
Vmold——成型体积;
Vgas——从熔体流动前沿排出的气体体积;
Vr——分流道的体积;
tj——注射时间。
采用微孔技术时,总的排气量相对来说比较大。由于为单相溶液时树脂的黏度减小了50%,充模速度可能远高于不发泡注射时的充模。要记住的一点是,注射过程中的保压过程在超临界流体反流到气相中时被发泡所取代。这种保压具有低发泡压力,而且还增加了充分排气的要求,对排气的建议总结如下:
1)模具的排气槽一般要切到一定深度,要比不发泡注射时深50%~75%。必须保证模具用钢材的安全性,尤其注塑件的形状复杂时,但是,要根据需要增加深度。
2)增加排气量。周向排气是必需的。考虑在筋、突起和具有难填充的几何形状的注塑件上使用自洁推杆。这一建议对一些人很难起到启发作用,大多数模具的排气都不是很正确。在传统注射成型时,这些不恰当的排气通过在成型过程中降低充模速度、提高熔体温度和保压压力得以补偿。这些传统的方法与MuCell®工艺的作用相反,抑制了不均匀泡孔的产生和减重,提高了注塑件的尺寸稳定性。
要记住的另外一点是,在大多数情况下,微孔成型时所需的锁模力要低得多。锁模力低时,一定压力下的实际排气深度可能由于钢材的变形小而已经增加了。
最后要说明的一点是,对阻燃材料进行微孔成型时对模具有特殊要求,即紧配合。这是因为型腔中所建立起来的适中压力有助于将残留阻燃剂的形成降低至最低程度,将其保持在材料中。Noryl®树脂成型的一种大型注塑件在模具内连续进行特殊的排气,在平行于充模方向切制了一个宽6.4mm的槽,起蓄能器的作用,吸收初始注射冲击,均匀分布积累的压缩热,沿着自然分型面不完善处恰当排气,同时保持分型面有足够的整体性,防止溢料[21]。
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