PC/ABS的成型加工指南

上海锦湖日丽的PC/ABS合金(HAC系列)是一种性能优良的工程塑料,它改善了PC的应力开裂性、加工性,同时具有优秀的耐热性、抗冲击性、耐化学性和尺寸稳定性。改变PC和ABS的混合比,PC/ABS合金可被定制,以满足特殊的技术要求,包括从汽车控制板和仪表板等零部件,到电动工具、计算机外壳和移动电话系统等广泛的高性能应用领域。

 

锦湖日丽的PC/ABS合金具有优越的流动性,加工性能卓越,图1是我司三种代表性的PC/ABS之流变特性图。可以使用传统加工设备进行注塑成型、挤出成型和吹塑成型。

 

流变特性图

图1:流变特性图

 

锦湖日丽的PC/ABS合金与所有的热塑性材料一样,并非不可损坏,必需在其一定的范围内,对加工条件进行准确的控制。重要的是,机器设备、加工参数和成型模具必须在合适的条件下使用,即可以提供准确的工艺控制,这样才能完全发挥材料的性能。比如,PC/ABS由于含有PC成分,小量的水分易导致PC在高温成型加工过程中产生水解,以及过分受热(包括剪切热)导致部分降解,从而造成制品产生银丝、发黄、表面黑条纹、色差等外观问题、以及产品脆裂、喷漆开裂等强度问题。

 

为了成型出更优质的产品, 建议检查注塑各相关环节,本注塑加工指南从模具设计到材料准备、设备选择、成型工艺设定以及其他操作规程等方面作出了一些规范,以供客户参考。

 

一、 模具设计

精确的成型模具设计乃是制造成功的塑料产品的先决条件。因为模具设计的好坏不仅影响到产品之质量,产能,操作难易,更直接关系到整个成本结构。对于HAC系列PC/ABS树脂所用的模具,可以采用业内常用的模具设计,用标准的模具钢制造。

 

1) 流道设计

流道应该具有最大的横切面积及最小的周长,较大的横切面积,有利于减少流道的流动阻力;较小的截面周长,有利于减少熔融塑料的热量散失。我们称周长与横切面面积的比值为比表面积(即流道表面积与其体积的比值),用它来衡量流道的流动效率。即比表面积越小,流动效率越高。下图2是几种常见形式的流道,我们建议采用圆形或梯形流道。

流道的形式

图2:流道的形式

 

在决定流道的尺寸时,应考虑下列这些因素如:塑件的体积、壁厚与流动长度、流道的长度及冷却,机台的容量能力,浇口大小及成形周期等。PC/ABS合金建议流道直径在5mm至10mm之间,其他截面形状的流道其内切园的直径可以参照圆形直径设计。


   在设计流道布局时,流道之长度应尽可能的短以减少压力损失,并且流道系统应是平衡的,即充填各模穴之时间与压力必须相同,如图3所示。

 

平衡之流道布局

图3:平衡之流道布局

 

在所有流道之交界处,主流道至少须超过支流道一个直径距离以上,如图4所示而成一冷料井。它可以让熔融料流前端冷的、高黏度的物料停留于此,使后方热的、低黏度的物料易于进入模穴内。

冷料井

图4:冷料井

   HAC系列PC/ABS合金可以采用外部加热式的热流道成型,不建议用内部加热的绝热流道,因为这些系统存在着固有的无流动区和较高的压力降,这会导致滞留时间延长、材料降解和过量的压力或出现不充填的情况。热流道一般应用于多型腔的制件或者多浇口的的制件。

 

2)浇口设计

HAC系列PC/ABS合金可以使用多数的常规浇口,如直浇口、侧浇口、点浇口、扇形浇口、潜伏式浇口、弧形浇口及护耳式浇口等。设计要考虑的基本因素有:制件设计、流动和产品最终使用要求。下面的几点可以作为一般指南。

 

★ 需要多浇口的大制件,浇口位置应该足够紧密,以减少压力损失。这样做可使树脂流动前缘交汇点的冷却最小化,从而提供较好的熔合线强度。应选择合适的浇口尺寸,以使树脂的充填有一个合理的压力和速度。

★ 浇口过渡段长度应保持尽可能的短。

★ 撞流浇口将有助于保证流入的流体直接对着模腔壁或型芯,从而可以避免喷射纹。

★ 浇口位置应确定好,以便让树脂从厚壁部位流向薄壁部位;让熔合线最小化;并且远离冲击和应力区。

★ 要使喷射纹、放射斑和浇口白晕减至最少,浇口应与流道有一个合适的角度(图5)。

 

流道

图5

 

★  浇口直接开到装饰性表面,会引起表面缺陷。

 

3)模具的排气

模具内的气体不仅包括型腔里的空气,还包括流道里的空气和塑料熔体产生的分解气体。在注塑时,这些气体都应顺利的排出。常用的排气方法有如下几种:

 

◆开排气槽

排气槽一般开设在前模分型面熔体流动的末端,如图6所示,宽b=(5-8)mm,长度 L为8.0mm -10.0mm左右,深度为0.04mm左右。

 

排气槽的设计

 

◆ 利用顶杆排气

制件中间位置的困气,可加设顶针,利用顶针和型芯之间的配合间隙,或有意增加顶针之间的间隙来排气。

 

◆ 利用镶拼间隙排气

对于组合式的型腔、型芯,可利用它们的镶拼间隙来排气,见图7。

 

利用镶拼间隙排气

 

◆透气钢排气

透气钢是一种烧结合金,它是用球状颗粒合金烧结而成的材料,强度较差,但质地疏松,允许气体通过。在需排气的部位放置一块这样的合金即达到排气的目的。但底部通气孔的直径D不宜太大,以防止型腔压力将其挤压变形。由于透气钢的热传导率低,不能使其过热,否则,易产生分解物堵塞气孔。

 

4)型芯和型腔脱模斜度

通常对于PC/ABS,为使制件适当脱模,0.5°的最小脱模角已经可以满足要求。在采用深度肋或最小脱模角时,应按制件出模方向进行模具抛光(出模抛光)。特别地,通常要求每0.025 毫米侧壁纹理深度增加1°脱模角。

 

5)模具温度控制

在注塑时,模具温度直接影响树脂的流动及塑件质量。因此通过模具温度控制系统,使模具表面均均匀受热,模具温度保持恒定。模壁温差越大,产生不对称应力越大,特别是塑件厚的的方向变形影响更大。对于特殊的PC/ABS,如电镀级、高光级和增强PC/ABS,对模具温度要求比较高,模具设计时更需考虑模温的控制。

 

   模温控制系统设计要根据塑件的具体情况和实践经验,参考以下要点:

    ◆冷却水道到成型面各处应取相同的位置,并使水道的排列与成型面的形状相符,如图8(b)。而图8(a)的布局形式,使冷却不均匀,容易产生塑件变形。

 

水路排布示意图       水路排布示意图

(a)                                                              (b)   

                       图8: 水路排布示意

 

      ◆冷却水道的直径一般在Φ8~12mm之间,直径太小不易加工,太大对冷却效果不理想。

 

      冷却介质在水道中的流动大体上分层流和紊流两种流动状态。在层流状态时,冷却介质以直线形式平稳的流过,只有在与管壁相接触的部分,冷却介质参与冷却的工作,其余部分空载流过,而当冷却介质没有完全充满水道时,它所带走的热量就更少。在紊流状态时,由于涡流的翻滚流态,使冷却介质都参与了导热冷却的作用,它的冷却效果是层流的数倍。

 

     在同等条件下,大直径的水道中冷却介质的流动可能是层流,而选用较小直径的水道,则容易形成我们所需要的紊流。水道内壁越粗糙越容易形成紊流状态。

 

      ◆水道距离应适当。如图9水道直径为d,水道与成型面距离D为2d,水道间的距离P为3~5d 。

 

睡到距离控制

      图9: 水道距离控制

 

     ◆浇注部位由于经常接触的注塑机射嘴,熔料也从浇口进入,所以浇口部位模具温度是最高的,为了达到模温平衡,冷却水路应首先通过浇口,而熔融料流的方向也是冷却水路的流动方向,即冷却水路应该从模温高的区域流向模温低的区域。

 

二、材料的干燥

通常情况下,PC/ABS树脂在生产后的储存运输过程中会从空气中吸收少量水分,其吸湿量取决于环境条件,一般为0.2~0.3%之间。故为了提高加工稳定性、使注塑制品达到最佳效果,并提高制件的二次加工性能,PC/ABS在成型加工前必须进行干燥,使材料含水量降至0.04%以下,最好在0.02%以下。HAC系列PC/ABS干燥时间与含水量的关系见下图:

 

HAC系列PC/ABS典型干燥曲线

图10:HAC系列PC/ABS典型干燥曲线

 

通常,PC/ABS树脂在建议的温度下(见下表),预干燥4~6小时,可以达到所要求的含水率。具体干燥时间与使用的干燥设备以及天气等因素有关,但最长累积干燥时间不能超过48小时,否则材料有降解变色的可能。

 

表1-1:HAC系列PC/ABS建议干燥温度范围

分类

牌号

干燥温度(℃)

通用PC/ABS

HAC8230

85-95

HAC8240

90-100

HAC8245

HAC8250

100-110

HAC8260

HAC8265

电镀PC/ABS

HAC8244

90-100

喷涂PC/ABS

HAC8245G

90-100

HAC8265G

100-110

HAC8265P

哑光PC/ABS

HAC8250Z

100-110

HAC8260Z

手机用PC/ABS

HAC8260H

HAC8265H

HAC8270HF

耐候PC/ABS

HAC8250W

吹塑PC/ABS

HAC8240B

80-90

增强PC/ABS

HAC5010G

100-110

HAC5020G

HAC5030G

 

干燥设备

常用的干燥设备有三种:箱式干燥机、料斗式干燥机和除湿干燥机

 

使用箱式干燥机时,应将树脂平铺在托盘上,厚度为25mm左右,不宜过厚。对于大颗粒(回用料)或玻璃纤维填充物料,干燥时间应增加到6 小时以上。

 

使用料斗式干燥机时,加入的材料要大于料斗容量50%而小于90%,以确保足够的热风阻力和干燥效率,同时要监控出风量和出风口温度,进风口和出风口的温差控制在20度以内,最好10度以内。料斗的容量必须确保材料干燥时间达到4-6小时。

 

使用除湿干燥机时,除注意干燥温度、干燥时间和风量外,还必须控制好露点,露点最好为-40度,不能高于-30度,这样才能确保干燥效果。

 

HAC系列PC/ABS建议使用除湿干燥机干燥。

 

三、注塑设备的选择

HAC系列非阻燃PC/ABS可以通过大多数的标准往复螺杆式注塑机注塑成型。在确定其注塑设备的规格时,要考虑制件的总注塑重量和所需锁模力这两个基本因素。

 

1) 注塑机容量

当总注塑重量(所有型腔,包括流道和注道)等于注塑机最大注塑容量的30~80%时,一般可以获得最佳效果。使用大料筒机器时,极小的注射量会造成树脂的滞留时间不必要地延长,从而导致树脂降解。如果必须在建议温度范围的高温段进行注塑,应选择较小的注塑机料筒容量,建议注塑量大于最大注塑容量的60%,以缩短材料的停留时间,降低材料降解的可能性。我们建议的最长热停留时间应小于15分钟,最佳的热停留时间小于5分钟。

 

粗略估算材料停留时间的经验公式如下:

  

其中X 代表螺杆最大计量,

x1代表每模的注射用量,

t 代表成型周期。

系数2.5代表螺纹中储存的熔胶

 

2) 锁模力

制品所需锁模力的估算:锁模力(T) = 塑件投影面积(c㎡) x 塑料锁模力常数(t/c㎡), PC/ABS推荐常数是0.5-0.8, 而计算出的锁模力应不超过注塑机最大锁模力的85%。

 

3)料筒及螺杆

可以选用常规材料制造的兼容螺杆和机筒,来加工HAC系列PC/ABS树脂。建议使用双金属料筒;依直径大小不同,最好选用压缩比大约为2.5:1、长径比为20:1的螺杆;此外,螺杆应该通过渐变和等距锥度来实现压缩,因为急变会导致过度剪切及材料降解。

 

四、 注塑工艺参数设定

 

注塑成型工艺参数,是指和温度、速度、位置、压力及时间有关系的参数。实际成形中应综合考虑,要在能保证制品的质量(如:外观、尺寸精度、机械强度等)和成型作业率(如:成型周期)的基础上来合理设定。

 

1)成型温度

成型温度的设定是以确保PC/ABS充分塑化为基准,有一条通则是:低温适用于低粘度树脂,高温适用于高粘度牌号树脂。成型温度增加会明显地降低PC/ABS的粘度,增加树脂的流动性,因而,使流动距离变长。原则上,当使用建议的成型温度上限时,应使熔胶滞留时间尽可能短,避免降解的产生。因剪切对PC/ABS熔体温度有较大影响,建议用手持式高温计来测量熔融材料的实际温度。

 

2)模具温度

模具温度控制对决定最终制件的充填程度、外观、残余应力是非常重要的。我们建议在成型PC/ABS时使用模温机来控制模具温度,建议的模温是50-80℃。较高的模具温度,往往会产生良好的流动、较高的熔接线强度、较小的产品内应力,但成型周期会延长。若模具温度比建议的低,就会导致高内应力并损坏制件的最佳性能。就制件表面和循环周期而言,模具温度为建议温度范围的中间值时,可望得到较好的结果。

 

3)螺杆转速

一般以在冷却时间内尽量完成计量来设定螺杆回转数(RPM)。同时要考虑材料塑化状态、螺杆回转时发生的剪切热、计量时间的稳定性和最小残留量的稳定性。过高的螺杆转速会导致过大的剪切热,从而使熔融材料的实际温度大大高于设定温度,就有可能导致材料降解。 螺杆的转速与螺杆的外径有关,PC/ABS建议最佳螺杆线速度是200mm/s,其转速通过下面公式计算:

 

螺杆转速RPM=〔最佳线速度200mm/s×60〕/〔D*π〕。

推荐的螺杆转速如下图:

螺杆直径

 

4)背压

背压的作用是提高材料的塑化质量、使材料更密实和排气。背压的调校应视原料的性能、干燥情况、产品结构及质量状况而定,PC/ABS的背压一般调校在0.3-0.8Mpa 。过高的背压,也会导致过大的剪切热,注塑时要留意。当产品表面有少许银丝、混色、缩水及产品尺寸重量变化大时,可适当增加背压;当射嘴出现漏胶、流涎、材料过热分解、产品变色及回料太慢时可考虑适当减低背压。

 

HAC系列PC/ABS参考成型工艺见下表:

分类

牌号

注塑温度(℃)

模具温度(℃)

螺杆转速(rpm)

背压(Mpa)

通用PC/ABS

HAC8230

210-250

 

 

50-80

 

 

40-70

0.3-0.8

HAC8240

220-260

HAC8245

220-260

HAC8250

230-270

HAC8260

240-280

HAC8265

240-280

电镀PC/ABS

HAC8244

220-260

60-100

40-70

0.3-0.7

喷涂PC/ABS

HAC8245G

220-260

50-80

 

40-70

0.3-0.7

HAC8265G

240-280

50-80

HAC8265P

240-280

50-80

哑光PC/ABS

HAC8250Z

230-270

50-80

40-70

0.3-0.8

HAC8260Z

230-270

50-80

手机用PC/ABS

HAC8260H

240-280

 

60-90

 

50-80

HAC8265H

240-280

HAC8270HF

260-290

耐候PC/ABS

HAC8250W

230-270

50-80

 

吹塑PC/ABS

HAC8240B

220-260

50-80

30-60

 

增强PC/ABS

HAC5010G

240-280

50-80

 

30-60

0.2-0.6

HAC5020G

240-280

50-80

HAC5030G

250-290

60-90

 

5)松退

  松退是指为了防止熔胶流延而设定的螺杆最小后退量,它可以降低料筒内的材料压力,减少内应力。松退量与背压大小和射嘴结构和温度密切相关。背压较小时可以不设松退量;通常情况松退设定为2-5mm。过大的松退量会使料筒内的熔料夹杂气体,严重影响制品质量。

 

6)最小残余量

残余量一方面可防止螺杆头部和喷嘴接触发生机械碰撞事故;另一方面可通过此余料垫来控制注射量的重复精度,达到稳定注塑制品质量的目的。残余料量过小,则达不到缓冲的目的,易导致每次注塑的质量不稳定;过大则会使熔胶受热时间变长而降解。通常建议残余量为5-10mm。

 

7)注塑速度

选择注塑速度时,主要考虑制品的外观、模具的排气以及型腔内树脂流动的阻力。设定时要一边观察确认制品﹐慢慢变更速度。较快的注塑速度,一般会使流程加长,适合充填薄壁制品,并形成较好的表面光洁度。但对于点浇口和潜伏浇口,过快的注塑速度产生强剪切导致材料降解,从而出现银丝、变色、分层和烧焦等不良现象,同时模具排气要特别通畅。而慢速注塑速度多用于直浇口和边缘浇口进胶的制件,可以帮助避免浇口白晕、喷射痕和流痕等缺陷。对于厚壁部件[5.0mm及以上],慢速充填,有助于减少凹陷和空隙。建议采用分段阶梯式速度设定,以确保充填顺畅和制品外观。

 

8)注塑和保压压力

注射压力是为了克服熔体在流动过程中的阻力,流动过程中存在的阻力需要注塑机的压力来抵销,给予熔体一定的充填速度及对熔体进行压实、补缩,以保证充填过程顺利进行。实际注塑压力跟许多变量有关,如:熔体温度、模具温度、制件几何形状、壁厚、流动长度,以及其它模具和设备情况。总之,最好选用能满足性能、外观和注塑循环的最低压力。同时要关注实际注塑峰值压力与设定值的差异,如果峰值压力达不到设定压力,就要重新优化工艺参数。

 

一般情况下,合适的保压压力为注射压力的60~80%。

 

9)保压时间

保压时间的设定是根据浇口随着冷却完成其固化﹐螺杆再推进已不再对成型品施加压力为止的时间。保压时间的设定以射出时间和压力为基准﹐然后渐渐延长时间来测定成型品的重量,成型品重量不再变化为止即是要设定的保压时间

 

  保压时间

 

10)冷却时间

冷却时间的设定是基于产品固化开模取出后不致产生变形,先可以设定长一点,然后根据产品及冷却效果的不同慢慢减少,以产品不变形的最少冷却时间为最佳冷却时间。也可按下列公式估算:

式中δ是需要冷却的制品厚度,单位为mm,α是塑料的热传导系数。

 

五、 停机

当注塑循环中断时,建议根据停机时间不同采取不同的处理方法:

 

短期:短期(15分钟以内)停机,HAC系列PC/ABS树脂可以保留在料筒内,不用排出。建议料筒采取保温措施,保温温度为150℃。

长期 : 完全清除料筒内的树脂材料,按照以下标准停机步骤操作:

 

1. 关闭料斗进料滑阀,继续按周期注塑,直到不能再次注塑循环。

2. 排出残留的物料。最好进行清机处理。

3. 螺杆应停留在前进位置,切断料筒加热器。

 

六、 开机

开机时,把料筒加热器设置为正常加工温度,温度达到后再保持20分钟左右,开始对空射出,直到残留物料全部排出,然后开始注塑。应检查开始的注塑件是否被初始注塑物污染。

 

七、 清机

高密度聚乙烯、通用聚苯乙烯和粉碎注塑聚丙烯,都是PC/ABS的最佳清洗剂。料筒可在加工温度下清洗,然后应逐渐降低温度。在清洗过程中,合适的通风非常重要。

 

八、 回用料(破碎料)

如果应用中允许使用回用料,可以把流道、水口及非降解制件破碎后均匀加入新料中,最高添加量应小于25%。破碎料一定要过筛去除粉屑,控制破碎颗粒的尺寸为7.9~9.5mm。由于粉屑的比表面积大,吸收的水分不易烘干,易导致制品银丝;同时粉屑受热易降解炭化,导致制品黑点不良。

 

另外,应特别注意保持颗粒清洁,避免被其它物料污染。由于回用料与纯颗粒的尺寸不同,水分扩散不同,因此,干燥的时间要增加。使用回用料对颜色可能会有一定影响。实际回用料的使用,应视具体产品的要求而定。

 

九、 常见不良处理指南

 

1)常见不良图片

 

干燥不良引起的银丝          工艺不当引起的银丝

弧形的流痕

熔接线

喷射痕-浇口

 

2)常见不良处理指南

 

为了获得最佳的使用效果,每位物料使用者或设计用户应该自行进行试料测试,以确定材料对设计的适应性,以及材料或设计对其特定用途的适应性。下表列出了注塑中常遇到的问题,并给出了处理这些问题的建议和解决步骤。但由于注塑过程中存在着许多变量,因此无法肯定:通过某一特定步骤或多个步骤,就能解决某一特定问题。如使用了本文所述的可行解决方法后,问题仍然存在,请与上海锦湖日丽技术工程师联系,以获取更多的信息。

 

不良现象

采取措施(★为主要措施)

缩水

★提高射胶压力和保压压力,特别是保压压力
★增加保压时间
★调整料筒温度,多数是降低温度
★调整模具温度,模温过高产生过大收缩,模温过低会使保压失效
★增加浇口和流道
★产品或加强筋厚度过厚,修改设计
●降低注塑速度
●调整浇口位置
●选用收缩率小的材料

熔接线

★提高射胶压力和保压压力
★提高料筒温度
★增加注塑速度
★提高模具温度
★增加浇口和流道尺寸、并调整位置
★提高材料流动性
●增加模具排气
●减少脱模剂使用
●材料干燥充分

银丝

★降低料筒温度
★充分干燥材料
★降低注塑速度
★降低螺杆转速,并调整合适的背压
★增加浇口和流道尺寸、并调整位置
★减少螺杆缓冲量
★产品设计增加R角,使熔体流动顺畅
●增加模具排气
●减少脱模剂使用
●材料混入杂质或回料过多

发黄、黑斑

★降低料筒温度
★降低注塑速度
★减少材料停留时间
★减少环境污染
★提高材料耐热性
●增加模具排气
●减少脱模剂使用
●材料干燥充分

打不满

★提高射胶压力和保压压力
★提高注塑速度
★提高模具温度
★计量不够,增加加料量
★提高材料流动性
★加大浇口和流道大小
●增加模具排气
●减少脱模剂使用
●检查注塑机止逆环是否破损

流痕

★提高料筒温度
★降低注塑速度
★提高模具温度
★提高材料流动性
★加大浇口和流道大小
●增加冷料井
●减少脱模剂使用
●提高保压压力

翘曲变形

★降低射胶压力和保压压力,特别是保压压力
★减少保压时间
★调整料筒温度
★调整前后的模具温度
★调整浇口和流道大小和位置
★模具冷却水路设计不当,重新调整
●降低顶出速度、调整顶出位置和个数
●延长冷却时间
●选用收缩率小、取向性小的材料

制件脆裂

★降低射胶压力和保压压力
★降低料筒温度
★充分干燥材料
★尽量少用回料
★增加产品R角
★避免产品接触某些化学品
●降低背压和螺杆转速
●加大浇口和流道大小,防止剪切过热
●调整顶出,增加顶出面积

毛边

★降低射胶压力和保压压力
★减慢射胶速度
★降低料筒温度
★修复模具分型面损伤
★提高注塑机锁模力
●降低模具温度
●调整保压切换位置

喷射痕

★提高料筒温度
★降低入浇口处的注塑速度
★提高模具温度
★提高材料流动性
★加大浇口和流道大小,并调整位置
●增加冷料井
●减少填充剂的使用

脱模不良

★降低射胶压力和保压压力
★降低顶出速度
★提高料筒温度,用较低的压力成型
★加大顶出面积,调整顶针位置
★加大模具脱模斜度
★延长冷却时间
●抛光模具
●选用强度好的材料
●减少产品尖角,避免应力集中