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1、注塑成型基礎知識 一: 射出概論. 1:射出原理: 利用塑膠的熱可塑性,先將塑膠原料經螺杆旋轉磨擦生熱和料管電熱之輔助而溶解,使之成流體狀態,再經注射壓力注入到設計好的模型穴內,經冷卻後取出而成各種形狀之成形品. 2:射出流程:鎖模-射膠-熔膠-松退(冷卻)-開模-頂出成品二: 認識塑膠. 2.1 塑膠之分類 一般塑膠分類為兩種(1)熱固性.(2)熱可塑性.所謂熱可塑性塑膠是指加熱時塑膠逐漸熔融軟化,冷卻固化以後如再加熱仍可熔融軟化,因此可將成型之不良品經粉碎後加入新料再進行射出成型. 而熱固性塑膠加熱固化成型後,如再加熱則無法使它軟化.再行重複成型.熱固性塑膠在成型時,由原料進入加熱筒中低溫
2、預熱,使它軟化,然後再高壓擠入模穴內.模具保持高溫加熱使其硬化,而後冷卻成型.熱固性塑膠的缺點就是不可再回收使用.射出成型加工均使用熱塑性塑膠. 熱可塑性塑膠有兩種區分:(1),結晶性塑膠. (2),非結晶性塑膠. 一般結晶性塑膠在成型過程中會結晶化. 成形收縮率較大. 但成形品的表面光澤較好. 以下是常見的結晶和非結晶塑膠原料: 結晶性塑膠: PE PP PA PBT POM PPS PET 非結晶性塑膠: PS AS ABS PMMA PC PVC 從使用用途上又可區分為: (1),通用塑膠. 如: PVC PP PE ABS HIPS GPPS PMMA等. (2), 工程塑膠. 如:
3、PA PBT POM PC PPO PPS PET 等. 2.2 塑膠原料之射出成型特性. 一般塑膠原料製造廠在銷售原料時,均有附一張原料特性表.裡面有原料之成型性, 物理性質,機械性質,熱性質.電性質等.其中在成型性中會有射出之溫度和壓力.需要特別注意的是壓縮比和平均分子量. 不同製造廠生產出來的原料,有相同多的等級,不同等級的原料,其加工性質不同,在成型時也需注意.下面介紹幾種常見原料之成型特性:(1) 聚乙烯(PE):PE可分為LDPE, HDPE,LLDPE等.它是我們日常生活中最常見的.如包裝袋,玩具,塑膠瓶,塑膠花等.低密度PE之流動性和成型性較佳.而高密度PE則是剛性和耐沖擊性較
4、好.因PE是結晶性材料,所以成型時會產生收縮問題.注: 收縮率是指模具尺寸減去成形品尺寸之後,再除以成形品尺寸.(2) 聚丙烯(PP):PP是一種結晶性半透明乳白色塑膠.其性質和聚乙烯相近.其抗化學性和電絕緣性較佳.可應用在包裝,玩具,吸管等日常用品. 因PP是結晶性材料,收縮大,容易變形,所以模具之冷卻系統要特別注意.(3) ABS料.ABS是由苯乙烯,丁二烯,丙烯 ,三者聚合而得到,具有三者優點: 高光澤度,高流動性,高耐沖擊性,耐化學性等特色.主要用在電器,電腦外殼,傢具,高級玩具等.其在成型時必須注意一點就是在成型前必先以80度左右烘乾,否則會有銀線產生.ABS是非結晶性材料所以收縮率
5、較小.(4) 尼龍料(PA)尼龍料和PP. PE一樣都是結晶性材料,而它的等級很多, 有PA6, PA66, PA610, PA611,PA612等,PA具有高的韌性,難燃性,耐化學性. 可用來做抽絲, 齒輪, 軸承, 電氣零件,牙刷毛等, PA有一個較大的缺點就是吸濕性大,因此在成型前要充分乾燥.如乾燥不完全,會產生氣泡和銀絲. 另在射出時常會碰到射咀堵塞現象,是因為射咀與較冷之模具接觸,尼龍因溫度低而固化,因此在射出時,可將射座後退,提高射咀溫度或是模具的溫度.可視情況而定.此外,尼龍料在射出成型時可發現,成品剛完成時,其韌性很差,易脆. 而在空氣中置放長時間之後, 吸收水分或放入熱水中處
6、理.則韌性加強. 但如長期露在水氣之中,則會因吸水過量而導致成品變形和機械性質之下降. 此現象可常見於我們成品外銷時,當成品到達國外時,成品的機械性質變得很差. 另需注意的一點就是尼龍之低溫耐沖擊性差,此一缺點在外銷至比較寒冷的國家時,需加入低溫耐沖擊改質濟,以提升尼龍之低溫耐沖擊性.(5) PBTPBT是一種結晶性塑膠,主要具有良好的電氣性能,耐熱性,尺寸安定性佳,機械強度高等優點. 主要用在電氣零組件和機械零組件.成型時要注意乾燥溫度不能過高,否則會有變色.(6) PCPC是非結晶性材料,具有高耐沖擊性,透明性,耐熱等性能. 主要用在安全頭盔.防彈玻璃.機械零件等.因PC的融點和粘度高,故
7、不易加工. 一般融膠溫度較高,約200-300度, 需較高的射出壓力.且射出前需充分乾燥.(7) POMPOM是結晶性材料,成型收縮率較PC高. 它具有耐磨耗性,韌性佳,抗化學性強.但耐溫性較差.可用在玩具,齒輪,扣具等.POM的流動性較好.但因其耐熱性不好.故在料筒中溫度不可過高,時間不能過長.否則易產生甲醛.(8) MPPOMPPO具有較佳之電氣性,耐熱性,耐濕性,難燃性,主要用在電腦外殼,葉輪.電子零組件等.MPPO之熔融粘度較高,流動性差.但成型收縮率較小. 高模具溫度對表面光澤度較有利.(9) PPSPPS是結晶性塑膠.具有較佳之耐熱性,耐燃性,電氣性,機械強度和耐化學性.主要用在高
8、性能之電子,電機,汽車,航空等零組件上. PPS不易吸濕.通常不需預先乾燥.以上介紹之9種常見塑膠,除了本身可直接成型外,另外可由押出機製造出添加不同比例之玻纖,碳纖等,再進行射出成型.一般加纖維之塑膠其烘乾溫度,料管溫度,和模溫均比純塑膠粒高.三: 射出成型操作條件. 一般而言,可將成型條件劃分為兩種: 間接條件和直接條件. 1: 間接條件. 機器上能允許變更設定,但卻不直接影響成型結果或成型品質的條件.如: 射出座動作. 射出座抵住力. 模具開閉動作, 頂出動作, 側面中子動作等. 間接條件雖不直接影響成型結果,但如不注意,很容易造成模具,成型機或周邊設備的損壞,當然也會造成成型作業上的諸
9、多不便,影響生產和品質的穩定性.故不能輕視. 2: 直接條件. 能直接影響成型的三大過程(熔融-流動-固化), 和成型品品質的條件. 如: 料管溫度,螺杆轉速, 背壓, 射出壓力, 射出速度, 保持壓力, 鎖模力, 模具溫度等.由於這些條件會直接反應到產品的產出結果,故較受操作者的重視, 也是每次變換模具或不同材料產品生產時,都得重新設定的部份, 但有些操作者往往只注意到機器控制台上的表面條件,而忽視了深一層的影響結果,使得條件的設定功虧一潰.以下將就直接條件中的重要部份作簡述.2.1 影響熔融過程的條件. 2.1.1熔膠溫度: 熔膠溫度不同則塑膠的粘性也不一樣, 充填時的流動狀態也自然有別,
10、 內應力的產生亦受影響, 冷卻所需時間也就不一樣.也就是說熔膠溫度的影響是包括整個週期時間,更何況熔膠溫度對產品品質的影響也不容忽視,塑膠材料如果受到過度加熱會產生變質,如劣化,分解氣體,變黃等, 更會造成產品的流紋和氣泡. 影響產品外觀和強度.熔膠溫度與螺杆設計,料管溫度,螺杆背壓,螺杆轉速,射出量和週期時間有關. 每一種不同的材料都有不同的適當熔膠溫度範圍建議.可參考目錄,然後再依據實際試模結果,因產品特性,模具設計之差異作調整.最重要的是,在成型記錄上一定要列入此項條件,作為品質管制的要項. 2.1.2. 料管溫度 料管溫度之設定是控制料管加熱環之溫度,即熔融之外加熱源. 其主要目的有二
11、,一是為使原滯留在料管和螺杆內之冷硬塑膠熔融,以利螺杆之轉動. 二是為使塑膠獲得熔融所需的一部份熱能. 此一溫度的設定,依塑膠原料的不同而不同. 可從材料使用說明書中獲得此資料.但一般而言,這一溫度比熔膠溫度低約5-10度. 因螺杆轉動也能產生機械熱能的原因.料管溫度的設定.通常分為四段控制. 最好能配合螺杆的進料段,壓縮段,計量段,另外再加上射咀分別給予不同的溫度控制設定. 由於熔膠溫度是絕對條件,而料管溫度是相對的. 一般塑膠大都在料管後段的溫度設定較低.然後逐段升高溫度設定,直到射咀部份.由於只是較單純的保溫作用,故常以接近熔融溫度來作業.但有時射咀溫度的調整也可用來控制拉絲,凝固等問題
12、. 2.1.3 螺杆轉速 螺杆轉速之設定是控制塑膠之計量時間,亦即塑膠粒子進入料管接受螺杆混練.輸送到射咀之時間, 大部份的塑膠材料都擁有很寬的螺杆轉速設定範圍. 一般的機器操作者都會知道.將螺杆轉速設定在計量時間稍短于冷卻時間即可.但不要忽視螺杆轉速也同時影響塑化的均勻性和產生之壓力.太快的螺杆轉速會使螺杆內的壓力上升,造成射咀的漏料.甚至進料不順暢的情況.而且螺杆的轉速越快.塑膠的混練效果越差.形成熔膠溫度差異加大,使得充填流動和冷卻也造成差異.這是未來產品內應力產生的一大主因.更何況目前的工程塑膠往往添加玻纖等材料補強. 高的螺杆轉速會使得玻纖被損壞而降低了材料之強度. 故基本上, 在成
13、形週期的可能範圍內.螺杆轉速越慢越好. 2.1.4 背壓 背壓的調整是控制加之於抵抗螺杆後退之力. 增加背壓也就增加了螺杆對於塑膠熔融的作用.也就會提高了塑膠的熔融溫度和均勻程度.較高的背壓可以用來消除未熔的顆粒並改變顏色的均勻混合.不過增加背壓會降低螺杆的出力.而且也會破壞纖維的長度和改變玻纖塑膠的特性.因此背壓最好只用于提高料管溫度或其它改變沒有效果或不可能時.2.2 影響流動過程的條件2.2.1 射出率射出率之設定是控制熔膠充填模具之時間和流動模式. 流動的過程是影響塑膠產品外觀之主要因素.而射出率又是流動過程中之最重要條件.故射出率調整正確與否.對產品外觀品質有絕對的影響.成型品的最佳
14、充填速率.要視其幾何形狀,澆口的尺寸和位置以及熔膠溫度而定.當成型品的斷面較薄時,常需要使用高射出率,以便在成品凝固之前便能完成模穴充填.將可使成型品外觀獲得較高和較均勻的光澤. 雖然降低射出率常可降低成品表面的局部瑕疵.如: 噴痕, 澆口班點等.翹曲問題常可以由仔細調整射出率而加以矯正. 如果成型品的斷面較厚.澆口相對較小.則常需降低射出率以延緩澆口凝固的時間.而使成型品獲得最大成型時間.充填過程中,變換不同的射出率.可使得成型的適用範圍擴大.但射出率的變化調整,卻需要經驗,耐心和時間2.2.2 射出壓力.射出壓力的設定主要是控制油壓使足以推動螺杆達到所設定的射出率要求.由於每種塑膠的特性不
15、同,流動的難易程度即不同.粘度也會產生變化. 產品不同,模具設計,模具溫度不同.都會使材料流動形成之阻力改變.要在種種不同狀況下維持同一射出率,就得改變射出壓力.使克服熔膠流動造成之阻力. 常有人將射出壓力和保持壓力混為一談.這是不正確的.射出壓力主要影響的是充填階段.而保持壓力主要影響的卻是冷卻階段.射出率和射出壓力雖然彼此相關.但卻是分別有其獨立控制系統.射出壓力的控制是由釋放閥來限制加之於螺杆上的最大油壓.而射出率的控制則是借助於流量閥來調節流至油壓射出缸的動作油流量.2.3 影響凝固過程的條件 2.3.1 冷卻時間 冷卻時間的設定是為使熔融塑膠能在一個限制的空間中凝固成為固體而定形所需的時間. 在一個成型週期循環中.以冷卻時間所占的比例最大.在冷卻的過程中產生的變化也最多.塑膠在熔融時,其聚合物鏈為一無組織之混亂狀態.當固化時,這些鏈便形成較有組織,甚至會形成密集的晶狀排列.這期間會產生收縮內應力等現象.而影響產品的外觀,強度,物性.冷卻速率大致上是塑膠熱性質.模具溫度.熔膠溫度和成品肉厚的函數. 2.3.2 模具溫度 模具溫度同時影響了成型性,成型效率,和製品品質.尤
