Руководство по выбору материалов для литья под давлением: 7 ключевых факторов

Правильный выбор материала для литья под давлением напрямую влияет на качество конечного продукта, себестоимость производства и долговечность. Выбор оптимального варианта требует тщательного анализа множества важных факторов, чтобы избежать низкой производительности или ненужных затрат ресурсов.

Чтобы избежать несоответствия материалов, наш Руководство по выбору материалов для литья под давлениемАнализирует 7 ключевых факторов, помогая вам принимать эффективные и надежные решения.

Коэффициент усадки

К факторам, влияющим на усадку термопластов при формовании, относятся следующие:

Пластиковый тип

В процессе формования термопласты претерпевают изменения объема из-за кристаллизации, а также высокое внутреннее напряжение, большое остаточное напряжение, зафиксированное в формованных деталях, и сильную молекулярную ориентацию. По сравнению сТермореактивные материалы для литья под давлениемТермопласты обладают более высокими показателями усадки, более широким диапазоном усадки и выраженной направленностью. Кроме того, усадка после формования, отжига или обработки влажностью, как правило, выше, чем у термопластов. термореактивные пластмассыматериалы.

Характеристики формованной детали

При контакте расплавленного пластика с поверхностью полости пресс-формы внешний слой быстро охлаждается, образуя твердую оболочку низкой плотности. Из-за низкой теплопроводности пластика внутренний слой охлаждается медленно, образуя твердый слой высокой плотности со значительной усадкой.

Следовательно, детали с более толстыми стенками, медленным охлаждением и толстыми слоями высокой плотности демонстрируют большую усадку. Кроме того, наличие, расположение и количество вставок напрямую влияют на направление потока расплава, распределение плотности и сопротивление усадке, что делает характеристики детали важным фактором, определяющим величину и направленность усадки.

Тип, размер и распределение ворот

Эти факторы напрямую влияют на направление потока расплава, распределение плотности, компенсацию уплотнения и время цикла формования. Прямые литниковые каналы с большим поперечным сечением (особенно толстые) уменьшают усадку, но увеличивают направленность потока; широкие и короткие литниковые каналы минимизируют направленность потока.

Участки, расположенные вблизи литникового канала или параллельно направлению потока расплава, демонстрируют более высокую усадку.

Условия формования

Повышение температуры пресс-формы замедляет охлаждение расплава, увеличивает плотность и повышает усадку, особенно для кристаллических пластмасс, где высокая степень кристалличности вызывает значительные изменения объема и большую усадку. Распределение температуры в пресс-форме влияет на внутреннее и внешнее охлаждение деталей и равномерность плотности, напрямую влияя на величину и направленность усадки в разных сечениях детали.

Кроме того, давление прессования и время выдержки оказывают существенное влияние: более высокое давление и более длительное время выдержки уменьшают усадку, но улучшают направленность деформации. Более высокое давление впрыска снижает вязкость расплава, уменьшает межслойное сдвиговое напряжение и увеличивает упругое восстановление после извлечения из формы, тем самым умеренно уменьшая усадку. Более высокие температуры расплава увеличивают усадку, но ухудшают направленность деформации. Поэтому регулировка температуры пресс-формы, давления, скорости впрыска и времени охлаждения во время формования позволяет эффективно контролировать усадку детали.

При проектировании пресс-форм необходимо определить коэффициент усадки для каждой секции детали, исходя из диапазона усадки выбранного пластика, толщины стенки детали, формы, типа литникового канала, его размера и распределения, а затем рассчитать размеры полости пресс-формы. Для высокоточных деталей или в случаях, когда коэффициенты усадки трудно предсказать, проектирование пресс-формы должно осуществляться в соответствии со следующими шагами:

1. Для обеспечения возможности корректировки пресс-формы после пробного изготовления следует выбрать меньший коэффициент усадки для внешнего диаметра и больший для внутреннего диаметра деталей.
2. Определите тип, размер и условия формования литниковой системы путем проведения испытаний пресс-форм.
3. Измерьте изменения размеров деталей, требующих дополнительной обработки (измерения необходимо проводить через 24 часа после извлечения из формы).
4. Внесите изменения в форму в соответствии с фактическими данными об усадке.
5. Проведите второе испытание пресс-формы и слегка скорректируйте условия процесса, чтобы точно настроить усадку и соответствовать требованиям к детали.

Текучесть

Текучесть является важным фактором в тот выбор материалов для литья под давлениемТекучесть термопластов можно оценить по ряду показателей, включая молекулярную массу, индекс текучести расплава (MFI), длину течения по архимедовой спирали, кажущуюся вязкость и коэффициент текучести (длина течения/толщина стенки детали).

Повышенная текучесть определяется более низкой молекулярной массой, более широким распределением молекулярной массы, плохой регулярностью молекулярной структуры, более высоким показателем текучести расплава (MFI), большей длиной спирали потока, более низкой кажущейся вязкостью и более высоким коэффициентом текучести. Для пластмасс одного и того же сорта всегда обращайтесь к технической спецификации продукта, чтобы убедиться в том, что их текучесть подходит для литья под давлением. В зависимости от требований к конструкции пресс-формы, общий пластиковый материал, полученный методом литья под давлениемТекучесть можно условно разделить на три категории:

• Хорошая текучесть: PA, PE, PS, PP, CA, Полиметилпентен
• Средняя текучестьПолистирольные смолы (например, АБС, АС), ПММА, ПОМ, полифениленоксид
• Плохая текучесть: ПК, жесткий ПВХ, полифениленоксид, полисульфон, полиарилсульфон, фторпластики

 

Текучесть всех пластмасс варьируется в зависимости от факторов формования, при этом ключевыми факторами являются:

• ТемператураБолее высокие температуры плавления увеличивают текучесть, но степень изменения зависит от типа пластика. Текучесть полистирола (особенно ударопрочных марок и марок с высоким показателем текучести расплава), полипропилена, полиамида, полиметилметакрилата, модифицированного полистирола (например, АБС, АС), поликарбоната и цианоакрилата очень чувствительна к изменениям температуры, поэтому регулирование температуры является предпочтительным методом контроля их текучести в процессе формования. В отличие от этого, температура оказывает минимальное влияние на текучесть полиэтилена и полиоксиметилена.
• ДавлениеБолее высокое давление впрыска усиливает сдвиговое воздействие на расплав, повышая его текучесть. Этот эффект особенно выражен для полиэтилена и полиоксиметилена, поэтому регулирование давления является оптимальным способом контроля их текучести в процессе формования.
• Структура пресс-формыКонструкция литниковой системы (тип, размер, расположение), конструкция системы охлаждения и сопротивление потоку расплава (например, качество обработки поверхности пресс-формы, толщина поперечного сечения литникового канала, форма полости и система вентиляции) напрямую влияют на фактическую текучесть расплава внутри полости.

Любой фактор, снижающий температуру расплава или увеличивающий сопротивление потоку, снижает текучесть. Конструкция пресс-формы должна соответствовать текучести выбранного пластика. В процессе формования контроль температуры расплава, температуры пресс-формы, давления впрыска и скорости впрыска также позволяет правильно регулировать заполнение расплавом для достижения требуемых параметров формования.

Кристалличность

Термопласты делятся на две категории в зависимости от того, происходит ли кристаллизация в процессе затвердевания: кристаллические и аморфные. Кристаллизация — это процесс, при котором молекулы переходят из свободно движущегося, неупорядоченного состояния в расплавленной фазе в состояние, при котором движение молекул прекращается, молекулы занимают относительно фиксированные положения и стремятся расположиться в упорядоченном порядке при охлаждении.

Визуальным критерием для различения двух типов является прозрачность толстостенных деталей: кристаллические пластики, как правило, непрозрачны или полупрозрачны (например, полиоксиметилен), тогда как аморфные пластики прозрачны (например, полиметилметакрилат). Однако есть исключения: полиметилпентен — это кристаллический пластик с высокой прозрачностью, а АБС — это аморфный пластик, который непрозрачен. При проектировании пресс-форм и выборе литьевых машин к кристаллическим пластикам применяются следующие требования и соображения:

• Для нагрева расплава до температуры формования требуется больше тепла, поэтому необходимо оборудование с высокой пластифицирующей способностью.
• В процессе охлаждения и кристаллизации выделяется значительное количество тепла, что требует надлежащего охлаждения.
• Большая разница в плотности между расплавленным и твердым состояниями приводит к значительной усадке при формовании, что легко вызывает образование усадочных полостей и пузырьков воздуха.
• Быстрое охлаждение приводит к низкой кристалличности, малой усадке и высокой прозрачности. Кристалличность связана с толщиной стенок детали: более толстые стенки охлаждаются медленнее, что приводит к более высокой кристалличности, большей усадке и лучшим механическим свойствам. Поэтому для кристаллических пластмасс необходимо строго контролировать температуру пресс-формы.
• Явная анизотропия и высокое внутреннее напряжение являются распространенными явлениями. После извлечения из формы некристаллизованные молекулы, как правило, продолжают кристаллизоваться, оставляя деталь в состоянии энергетического дисбаланса, что легко приводит к деформации и короблению.
• Узкий диапазон температур кристаллизации может привести к неполному плавлению пластика или засорению литниковой системы.

Термочувствительность и гидролиз

Чувствительность к теплу

Термочувствительность относится к склонности некоторых пластмасс к изменению цвета, деградации или разложению при длительном воздействии высоких температур или при прохождении через малые поперечные сечения, создающие высокое сдвиговое напряжение и повышающие температуру расплава. Пластмассы с таким свойством называются термочувствительными, например, жесткий ПВХ, поливинилиденхлорид, сополимеры винилацетата, полиоксометаллаты и полихлортрифторэтилен.

При разложении термочувствительных пластмасс образуются побочные продукты, такие как мономеры, газы и твердые вещества; некоторые из этих газов, образующихся при разложении, вызывают раздражение, коррозию или токсичность для человека, оборудования и пресс-форм. Поэтому при проектировании пресс-форм и выборе литьевых машин следует соблюдать следующие меры предосторожности. выбор материала для литья под давлениеми лепнина:

• Используйте литьевые машины шнекового типа.
• Внедрить системы затворов с большим поперечным сечением.
• Используйте хромированные формы и бочки, чтобы избежать застойных зон, где может застаиваться материал.
• Строго контролируйте температуру формования.
• Добавьте в пластик стабилизаторы, чтобы снизить чувствительность к нагреву.

Восприимчивость к гидролизу

Некоторые виды пластмасс (например, поликарбонат) разлагаются при высоких температурах и давлении, даже если содержат следы влаги — это свойство известно как склонность к гидролизу.

Перед обработкой эти пластмассы необходимо предварительно нагреть и высушить с использованием соответствующих методов и спецификаций, а также предотвратить повторное впитывание влаги во время использования.

Растрескивание под напряжением и разрушение расплава

Растрескивание под воздействием напряжения

Некоторые пластмассы чувствительны к механическим нагрузкам, легко подвергаясь внутреннему напряжению в процессе формования, становясь хрупкими и склонными к растрескиванию. Растрескивание может происходить при воздействии на деталь внешних сил или растворителей. Для решения этой проблемы:

• Для повышения трещиностойкости в сырье следует добавлять противорастрескивающие добавки.
• Обеспечьте надлежащую сушку сырья.
• Выберите оптимальные условия формования для снижения внутренних напряжений и повышения трещиностойкости.
• Для минимизации концентрации напряжений проектируйте детали с разумной формой и избегайте ненужных вставок.
• При проектировании пресс-формы увеличьте углы уклона, выберите подходящие литниковые системы и механизмы выталкивания. Во время формования правильно отрегулируйте температуру расплава, температуру пресс-формы, давление впрыска и время охлаждения, чтобы избежать извлечения деталей из формы, пока они слишком холодные и хрупкие. Проведите послеформовочную обработку для повышения трещиностойкости, устранения внутренних напряжений и избегания контакта с растворителями.

Расплавление

Разрушение расплава происходит, когда расплав полимера с определенной скоростью потока протекает через сопло при постоянной температуре, и его скорость потока превышает критическое значение, вызывая появление заметных поперечных трещин на поверхности расплава. Этот дефект ухудшает внешний вид и механические свойства формованных деталей. Для предотвращения разрушения расплава:

• Для полимеров с высокой скоростью потока расплава следует увеличить поперечное сечение сопел, литников и каналов.
• Снизьте скорость впрыска.
• Повысить температуру плавления.

Тепловые свойства и скорость охлаждения

Тепловые свойства

Различные виды пластмасс обладают различными тепловыми свойствами, такими как удельная теплоемкость, теплопроводность и температура деформации под воздействием тепла:

• Для пластификации пластмасс с высокой удельной теплоемкостью требуется больше тепла, поэтому следует выбирать литьевые машины с высокой пластифицирующей способностью.
• Пластмассы с высокой температурой деформации при нагреве можно извлекать из формы раньше и за меньшее время охлаждения, однако последующее охлаждение после извлечения из формы следует контролировать, чтобы предотвратить деформацию.
• Пластмассы с низкой теплопроводностью охлаждаются медленно (например, иономеры имеют чрезвычайно низкую скорость охлаждения), что требует повышения эффективности охлаждения пресс-форм.
• Формы с горячим каналом подходят для пластмасс с низкой удельной теплоемкостью и высокой теплопроводностью. Пластмассы с высокой удельной теплоемкостью, низкой теплопроводностью, низкой температурой деформации при нагреве и медленной скоростью охлаждения не подходят для высокоскоростного литья. Для таких материалов необходимо выбрать соответствующие литьевые машины и оптимизировать системы охлаждения пресс-форм.

Регулировка скорости охлаждения

Для всех видов пластмасс скорость охлаждения должна надлежащим образом контролироваться в зависимости от характеристик материала и формы детали. Пресс-формы должны быть оборудованы системами нагрева и охлаждения для поддержания стабильной температуры пресс-формы в соответствии с требованиями.

• Когда температура расплава повышает температуру пресс-формы, требуется охлаждение, чтобы предотвратить деформацию детали после извлечения из формы, сократить циклы формования и уменьшить степень кристалличности.
• Когда остаточного тепла расплава недостаточно для поддержания требуемой температуры пресс-формы, следует использовать системы нагрева пресс-формы для контроля скорости охлаждения, обеспечения текучести расплава, улучшения условий заполнения или обеспечения медленного охлаждения деталей для предотвращения неравномерного охлаждения в толстостенных участках и повышения кристалличности. Для пластмасс с хорошей текучестью, большими площадями формования или неравномерным распределением температуры расплава пресс-формы могут потребовать попеременного нагрева и охлаждения или локального нагрева/охлаждения в зависимости от условий формования детали. Пресс-формы должны быть оснащены соответствующими системами охлаждения или нагрева для удовлетворения этих потребностей.

 

Гигроскопичность

Вследствие наличия различных добавок пластмассы обладают разной степенью влагопоглощения и могут быть условно разделены на два типа: гигроскопичные пластмассы (которые поглощают и удерживают влагу) и негигроскопичные пластмассы (которые не поглощают влагу и не склонны к прилипанию влаги).

Содержание влаги в пластиковом сырье должно контролироваться в допустимых пределах. Избыток влаги испаряется, превращаясь в газ, или вызывает гидролиз при высоких температурах и давлении во время формования, что приводит к таким дефектам, как пузырьки, снижение текучести, плохое качество поверхности и ухудшение механических свойств. Поэтому гигроскопичные пластмассы необходимо предварительно нагревать и сушить с использованием соответствующих методов и спецификаций перед обработкой, а также следует предотвращать повторное поглощение влаги во время хранения и использования.

Заключение

Тон соответствующий Выбор материала для литья под давлениемЭто важнейший шаг для достижения стабильного качества деталей, обеспечения стабильного производства и экономической эффективности. Понимание ключевых факторов, таких как усадка, текучесть, кристалличность, термочувствительность, поведение при напряжениях, тепловые свойства, скорость охлаждения и гигроскопичность, поможет лучше понять соответствие между проектными требованиями и материалами.

Компания LVMA специализируется на производстве сложные детали, изготовленные методом литья под давлением и регулярно обновляет свои знания в области литья под давлением. Для получения дополнительной информации, Пожалуйста, свяжитесь с нами..