近年来,减小塑料制品壁厚成为一个明显的趋势。其中一种应用是在传统薄壁的环境产品上。传统上是通过提高机器的注射能力来达到所需的薄壁,但必须预先作出特别的设计。现时,一种熔体预压缩法可作为高速注射的代替方法。
减小壁厚有不同的目的。对於环境产品,主要原因是能节省费用。一方面,塑料环境占生产费用的主要部分;另一方面,费用与消费後废物的重量成正比。对於工业零件,不太强调费用的节省,但要注重减少重量和逐步小型化。这些变化影响过程控制,从而影响所需要的机器技术。Netstal的应用部研究了这基本趋势,用SynErgy机器进行了一系列的比较试验。焦点是预压缩技术,在使用过程中,熔体的压缩与注塑阶段是分开的。
作高性能注塑的替代方法
用高性能注塑方法,必须倚靠专门为这应用而设计的机器。这种机器设计成特别高的产量,装备有固定压力工作的高性能液压系统。借助液压储能器达到恒定的压力,它一方面无须特别监控就能提供很高的产能,另一方面又能实现平行垫板运动。这样,在关键注塑过程中所需的高动态特性才能同时得到。
用薄壁注塑法,实际成型过程支配着整个注塑阶段。保持压力阶段只存在很小影响,因为冷却只需几分之一秒。同样重要的是快速和灵敏的监控,以避免损坏昂贵的模具。
高的注射能力是完全填满零件的先决条件。另外,必须有足够的保存能力以使闭环控制有效,在不到0.1秒的时间内达到所需的50到100kW的注塑能力。仔细观察注塑过程会发现,压力建立由於环境压缩而滞後。如果有相应的高注射能力,则这并不重要。但如果能力不够,则不能再注满模具。
熔体预压:压缩与注射程序分开
在薄壁模塑中可以观察到,由于塑料熔体的压缩性,大部分注塑能力不能充分利用。这是因为材料首先被压缩,所需的快速压力建立会较迟出现。快速压缩是我们的目的,但事实上材料会同时流走。总而言之,这样只能达到低的压缩速度。在生产薄壁产品时,就会出现问题,因为在模塑将近填满时就发生压缩。在产品薄壁区,必须首先建立压力以填满这些区域。由於材料固化很快,因而失去宝贵时间,不可能进一步填满。
有不同的方法解决这个问题。一种方法是通过进一步提高注射或螺杆的速度来进行补偿;另一种方法就是熔体预压缩。
熔体预压缩的作用
对於工业塑料诸如PC和PC/ABS,在熔化温度下,从0到2000巴压缩的环境下,熔体的压缩率为10%左右。
在注塑阶段发生这种压缩,就出现了问题。把材料压缩与注塑过程分开是解决方法。这方法是把机器注嘴和控制系统做很小的改动,主要是保持截流注嘴关闭,直到达到所需的压缩压力为止。这个压力应该是预期的填满压力。在注塑过程开始时,截流注嘴必须在尽可能短的时间内打开,以便尽量减小压力损失。液压驱动针状截流系统证明可适合这种用途,该系统的打开和关闭运动都可以保证所需的动态特性。
由於对熔体进行预压缩,所以过程控制与传统注塑稍有不同。熔体预压缩发生在相当慢的螺杆速度之下,用控制的方式建立压力。典型薄壁产品的生产,使用注塑速度范围从300mm/s到700mm/s;而对於熔体预压缩而言,100mm/s到200mm/s的速度就足够了。由于速度慢,因此压力升高得到精密的控制。由於其刚性表现,若使用高的压缩压力,可以出现很快的压力升高。一旦达到所需的压力,针就即时打开,同时注塑过程继续。
当针打开时,熔体中储存的压力很快下降,通常不能完全填满模塑件。这就是为什麽在针状截流注嘴打开时,注塑过程需要继续的原因,这是保证完全填满模具的唯一方法。另外,用这种过程控制的方法,不需要显着增加给料的定量。但是,机器具有能力储备,用以在同样高的填充压力下继续填充过程。
Netstal也研究了各种塑料材料,如不同类型的PC和PC/ABS。很明显,易流动等级比低粘度类型受压缩的影响明显较大。後者只能达到很小的改善。原因是韧性较高的材料在注塑时流动不那麽快,所以建立压力的时间差不那麽严重。
通过研究可以界定如下具体应用的准则:
1. 需要容易流动的材料
2. 需要大於1500巴的高填满压力
总括来说,熔体预压缩可以达到较高的流动长度与壁厚比,也即是能安全填满薄壁。为了最佳利用这项技术,还需要对过程做进一步的研究。除了不同材料的适应性外,还要仔细研究模具设计。就注塑机而言,因为SynErgy机器具备所有的基本先决条件,所以机器只需做很小的改动。
熔体预压缩的最大好处是它补充了每个现有模具的模塑过程,这与其他减小壁厚的已知技术如铸压法相反。薄壁物件的铸压仍然限於简单几何形状,不能处理较复杂的形状。