要想提高塑料产品的透明程度,就必须设法减弱或者消除光的散射。例如悬浮在水中的泥沙颗粒会让水变混浊,而通过过滤或者离心的方法除去水中的杂质就可以让水重新变得清澈透明。
光在穿过塑料时,遇到遍布在无定形态的塑料中的无数小的球形颗粒状塑料晶体,便会发生散射。显然,要想让塑料变得更加透明,就必须设法消除这样的结构,让散射现象不复存在。一个容易想到办法是让整块塑料完全结晶。然而上一篇我们提到,与小分子相比,塑料分子的结晶不仅要慢得多,而且很难进行得很完全。想让全部塑料分子都形成晶体是不现实的。那有没有别的方法呢?有,那就是让所有塑料分子都不能结晶。对于照射到塑料上的光来说,只要没有导致光散射的小颗粒,就可以顺利地穿过塑料,与塑料中究竟是晶体还是无定形态都没有关系。因此,如果一块塑料中所有的分子都处在无定形态,这块塑料同样可以变得更加透明。
一种物质完全形成晶体,小的晶区的存在仍然可能造成光散射。因此让一种物质透明的更好的方法是使其完全处于无定形态(或者液态),例如玻璃就是处在无定形态的固体。
聚乙烯的分子骨架是由一个个碳原子相互连接而成,这些碳原子之间移动起来很容易,整个分子非常灵活。然而聚碳酸酯的分子骨架上却布满了一个又一个的苯环,这使得整个分子变得很笨重。如果把聚乙烯分子看成拉起手来的许多年轻人,聚碳酸酯就像是步履蹒跚的老年人在一起。因此结晶对于聚碳酸酯来说是一个遥不可及的目标,它在固体时只能以无定形的形式存在,这样自然具有很高的透明度。
由于
注塑加工产品具有重量轻、韧性好、成型易。成本低等优点,因此在现代业和日用产品中,越来越多用塑料代替玻璃,特别应用于光学仪器和包装工业方面,发展 尤为迅速。但是由于要求其透明性要好, 耐磨性要高,抗冲击韧性要好,因此对塑料的成份,注塑整个过程的工艺,设备。模具等,都要做出大量工作,以保证这些 用于代替玻璃的塑料(以下简称透明塑料),表面质量良好,从而达到使用的要求。
目前市场上一般使用的透明塑料有聚甲基丙烯酸甲酯(即俗称亚加力或有机玻璃,代号PMMA)、聚碳酸酯(代号PC)。聚对苯二甲酸乙二醇脂(代号PET)、透明尼龙。AS(丙烯睛-苯乙烯共聚物)、聚砜(代号PSF)等, 其中我们接触得最多的是PMMA。PC 和PET三种塑料,由于编幅有限,下面就以这三种塑料为例,讨论透明塑料的特性和注塑工艺。
一、透明塑料的性能
透明塑料首先必须有高透明度, 其次要有一定的强度和耐磨性,能抗 冲击,耐热件要好,耐化学性要优,吸水率要小,只有这样才能在使用中,能满足透明度的要求而长久不变,下面列出表 l,比较一下PMMA、PC和 PET的性能。
二、透明塑料注塑过程中应注意的共同问题
透明塑料由于透光率要高,必然要求塑料制品表面质量要求严格,不能有任何斑纹、气孔、泛白。雾晕、黑点、变色、光泽不佳等缺陷,因而在整个
注塑加工过程对 原料、设备。模具、甚至产品的设计,都要十分注意和提出严格甚至特殊的要求。其次由于透明塑料多为熔点高、流动性差,因此为保证产品的表面质量,往往要在机筒温度、注射压力、注射速度等工艺参数作细微调整,使注塑料时既能充满模,又不会产生内应力而引起产品变形和开裂。
下面就其在原料准备。对设备和模具要求、注塑工艺和产品的原料处理几方面,谈谈应注意的事项。
(一)原料的准备与干燥 由于在塑料中含有任何一点杂质,都可能影响产品的透明度,因此和储存、运输。加料过程中,必须注意密封,保证原料干净。特别是原料中含有水分,加热后会引起原料变质,所以一定要干燥,并在注塑时,加料必须使用干燥料斗。还要注意一点的是干燥过程中,输入的空气最好应经过滤、除湿,以便保证不会污染原料。
(二)机筒、螺杆及其附件的清洁
为防止原料污染和在螺杆及附件凹陷处存有旧料或杂质,特别热稳定性差的树脂存在,因此在使用前、停机后都应用螺杆清洗剂清洗干净各件,使其不得粘有杂质,当没有螺杆清洗剂时,可用PE、PS等树脂清洗螺杆。当临时停机时,为防止原料在高温下停留时间长,引起解降,应将干燥机和机筒温度降低,如 PC、PMMA等机筒温度都要降至160℃以下。(料斗温度对于PC应降至100℃以下)
(三)在模具设计上应注意的问题(包括产品的设计)
为了防止出现回流动不畅,或冷却不均 造成塑料成型不良,产生表面缺陷和变质, 一般在模具设计时,应注意以下几点。
a)壁厚应尽量均匀一致,脱模斜度要 足够大;
b)过渡部分应逐步。圆滑过渡,防止有尖角。锐边产生,特别是PC产品一定不要有缺口;
c)浇口。流道尽可能宽大、粗短,且应根据收缩冷凝过程设置浇口位置,必要时应加冷料井;
d)模具表面应光洁,粗糙度低(最好低于0.8);
e)排气孔。槽必须足够,以及时排出空气和熔体中的气 体;
f)除 PET外, 壁厚不要 太薄,一般不得小于lmm。
(四)注塑工艺方面应注意的问题(包括注塑机的要求)
为了减少内应力和表面质量缺陷,在注塑工艺方面应注意以下几方面的问题。
a)应选用专用螺杆、带单独温控射咀的注塑机;
b)注射温度在塑料树脂不分解的前提下,宜用较高注射温度;
c)注射压力:一般较高,以克服熔料粘度大的缺陷,但压力太高会产生内应力造成脱模因难和变形;
d)注射速度:在满足充模的情况下,一般宜低,最好能采用慢-快-慢多级注射;
e)保压时间和成型周期:在满足产品充模,不产生凹陷、气泡的情况下;宜尽量短,以尽量减少熔料在机筒停留时间;
f)螺杆转速和背压:在满足塑化质量的前提下,应尽量低,防止产生解降的可能;
g)模具温度:制品的冷却好坏,对质量影响极大,所以模温一定要能精确控制其过程,有可能的话,模温宜高一些好。
(五)其他方面的问题
由于为要防上表面质量恶化,一般注塑 时尽量少用脱模剂;当用回用料时不得大于20%。
对于除PET外,制品都应进行后处理, 以消除内应力,PMMA应在70-80℃热风循环干燥4小时; PC应在清洁空气、甘油。 液体石蜡等加热 110-135℃,时间按产品而定,最高需要10多小时。而PET必须经过双向拉伸的工序,才能得到良好机械性能。
三、透明塑料的注塑成型工艺
(一)透明塑料的工艺特性:除了以上的共同问题,透明塑料亦各有一些工艺特性,现分述如下:
1、PMMA 的工艺特性 PMMA粘度大,流动性稍差,因此必须高料温、高注射压力注塑才行,其中注射温度的影响大于注射压力, 但注射压力提高,有利于改善产品的收缩率。 注射温度范围较宽,熔融温度为160℃,而分解温度达270℃,因此料温调节范围宽,工艺性较好。故改善流动性,可从注射温度着手。冲击性差,耐磨性不好,易划花,易脆 裂,故应提高模温,改善冷凝过程,去克服这些缺陷。
2、PC的工艺特性
PC粘度大,熔料温度高,流动性差,因此必须以较高温度注塑(270-320℃之间),相对来说料温调节范围较窄,工艺性不如PMMA。注射压力对流动性影响较小,但因粘度大,仍要较大注射压力,相应为了防止内应力产生,保压时间要尽量短。收缩率大,尺寸稳定,但产品内应力大,易开裂,所以宜用提高温度而不是压力去改善流动性,并且从提高模具温度,改善模具结构和后处理去减少开裂的可能。当注射速度低时,浇口处易生波纹等缺陷,放射嘴温度要单独控制,模具温度要高,流道、浇口阻力要小。
3、PET的工艺特性
PET成型温度高,且料温调节范围窄(260-300℃),但熔化后,流动性好,故工艺性差,且往往在射嘴中要加防延流装置。机械强度及性能注射后不高,必须通过拉伸工序和改性才能改善性能。模具温度准确控制,是防止翘曲。变形的重要因素,因此建议采用热流道模具。模具温度要高,否则会引起表面光泽差和脱模的困难。
四、透明塑料件的缺陷和解决办法
(一)银纹:由充模和冷凝过程中,内应力各向异性影响,垂直方向产生的应力,使树脂发生流动上取向,而和非流动取向产生折光率不同而生闪光丝纹,当其扩展后,可能使产品出现裂纹。 除了在注塑工艺和模具上注意外
(二)气泡:主于树脂内的水气和其他气体排不出去,(在模具冷凝 过程中)或因充模不足,冷凝表面又过快冷凝而形成真空泡。
(三)(三)表面光泽差:主于模具粗糙度大,另一方面冷凝过早,使树脂不能复印模具表面的状态,所有这些都使其表面产生微小凹凸不平,而使产品失去光泽。
(四)震纹:是指从直浇口为中心形成的密集波纹,其原因,因熔体粘度过大,前端料已在型腔冷凝,后来料又冲破此冷凝面,而使表面出现震纹。
(五)泛白。雾晕:主要由于在空气中灰尘落入原料之中或原料含水量太大而引起的。
(六)白烟。黑点:主要由于塑料在机筒内,因局部过热而使机筒树脂产生分解或变质而形成的。
另一种透明程度堪比玻璃的塑料是聚碳酸酯。聚碳酸酯能具有如此高的透明程度,也是因为它完全难以结晶,几乎所有的分子在室温下都处于无定形态。但聚碳酸酯并非像无规的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯那样由于结构不规则而难以形成晶体,相反,它的分子结构相当规则,形成晶体并不困难。聚碳酸酯的问题在于,它的分子运动实在是太缓慢了。
比较一下聚乙烯和聚碳酸酯的结构我们就会发现,聚乙烯的分子骨架是由一个个碳原子相互连接而成,这些碳原子之间移动起来很容易,整个分子非常灵活。然而聚碳酸酯的分子骨架上却布满了一个又一个的苯环,这使得整个分子变得很笨重。如果把聚乙烯分子看成拉起手来的许多年轻人,聚碳酸酯就像是步履蹒跚的老年人在一起。因此结晶对于聚碳酸酯来说是一个遥不可及的目标,它在固体时只能以无定形的形式存在,这样自然具有很高的透明度。
与聚甲基丙烯酸甲酯相比,聚碳酸酯的透明程度不仅毫不逊色,它还比聚甲基丙烯酸酯能够耐受更高的使用温度和更大的外力冲击。美中不足的是,聚碳酸酯的生产成本要高得多,因此它更多地被用于要求较高
机械强度的场合。聚碳酸酯的一个典型的应用是生产光盘,除此之外它还经常被用作透明的屋顶或墙面的材料,或是被用来生产镜片、安全面罩和防护盾牌。聚碳酸酯偶尔也被用来生产食品容器,例如一些比较结实的水杯就是用它制造的。
对于聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯这样的塑料,通过控制它们的化学结构让它们失去了形成晶体的可能,从而一劳永逸地解决了结晶带来的透明度下降的问题,可以非常方便地用它们加工出透明的塑料制品。
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