常见透明塑料的性能及注塑工艺

由于塑料具有重量轻、韧性好、成型易、成本低等优点，因此在现代工业和日用产品中，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，抗冲击韧件要好，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（PMMA，即俗称压克力或有机玻璃，）、聚碳酸酯（PC）、聚对苯二甲酸乙二醇脂（PET）、透明尼龙、丙烯睛一苯乙烯共聚物（AS）、聚砜（PSF）等，其中我们接触得最多的是PMMA、PC和PET三种塑料，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，耐热性要好，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。
　　　　表1：透明塑料性能比较
性能    密度(g/am2)    抗拉强度(MPa)    缺口冲击(J/m2)    透明度(%)    变形温度(℃)    允许含水量    收缩率    耐磨性    抗化学性
PMMA    1.18    　　　75   　　　　　 1200   　　　　　 92  　　　　  95  　　　　 0.04   　　　0.5    　　差    　良
PC    　　1.20   　　　 66   　　　　　 1900   　　　　　 90  　　　　  137    　　　　0.02  　　 0.6    　中    　良
PET   　 1.37    　　　165  　　　　   1030   　　　　　 86   　　　　 120    　　　　0.03    　　2　　    良   　优

注：（1）因品种繁多，这只是取平均值，实际不同品种数据有异。
　　（2）PET数据（机械方面）为经拉伸后的数据。
　　从表1数据可知PC是较理想的选择，但主于其原料价贵和注塑工艺较难，所以仍以选用PMMA为主，（对一般要求的制品），而RET由于要经过拉伸才能得到好的机械性能，所以多在包装、容器中使用。
　　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，往往要在较高温度、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。其干燥工艺如表2。
　　表2：透明塑料的干燥工艺：
工艺    干燥温度（℃）    干燥时间（h）    料层厚度（mm）    备注
PMMA    70～80    2～4    30～40    采用热风循环干燥
PC    120～130    大于6    小于30    采用热风循环干燥
PET    140～180    3～4         采用连续干燥加料装置为佳

　　（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，宜用较高注射湿度；
　　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，以尽量减低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70－80T热风循环干燥4小时； PC应在清洁空气、甘油。液体石腊等加热 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，融料温度高，流动性差，回此必须以较高温度注塑（270－320T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，放射咀温度要单独控制，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，且往往在射咀中要加防延流装置。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。模具温度高，否则会引起表面光泽差和脱模困难。
　　 四、透明塑料件的缺陷