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产品结构设计----常用塑胶材料的选择

1. GPPS --- 硬胶．通用聚苯乙烯

◎ 塑料主要性能:

a)高透明度, 良好光泽, 容易着色, 属非结晶塑料;

b)尺寸稳定性好(收缩率0.4%左右), 耐磨性差, 故胶件包装要求较高以防擦花;

c)制品对内应力敏感, 性脆, 无延展性, 冲击强度小,易开裂且断裂后易形成尖角(SHARP POINT)`利边(SHARP EDGE), 故单纯的GPSS料较少见用于玩具制造.

◎ 注塑工艺要点:

a)原料一般不需干燥, 个别情况80℃烘2小时;

b)成型温度范围较大, 加热溶化及固化速度快, 故成型周期一般较短; 温度参数: 料筒温度200℃左右, 料温过高易出现银丝, 而料温过低会使透明性差;

c)模温控制: 模温一般在50-80℃;

d)GPPS流动性很好, 啤塑中不需要高压力(通常注射压力10Mpa左右), 以免过大而增加胶件内应力----可能导致开裂(尤其是经油漆装饰工序后);

e)注射速度直适当高以减弱夹水纹, 但因注射速度受注射压力影响大, 过高的速度可能会导致披锋或出模时粘模以及顶出时顶白顶裂等问题;

f)适当的背压: 如果背压太低, 螺杆转动易溢入空气, 料筒内料粒密度小, 胶粒塑化效果不好, 影响胶件表观质量(一般背压取10-20kg/cm2);

g)模具上一般设计细水口为0.8-1.0mm.

h)玻璃纤维强化型PS-GF30,料筒温度为180~275,模具温度为20~80,成型收缩率0.1~0.2.密度1.29/cm3

◎ 共混改性塑料:

GPPS + PVC→共混成为性能较好的不燃塑料;

◎ 常用原料举例:

a)奇美硬胶PG-33 (台湾奇美实业公司);

b) STYRON 666D (美国道化学公司);

c) Bakelite SMD-3500 (美国联合碳化物有限公司).

2.HIPS --- 不碎胶. 高冲击聚本乙烯

@ 塑料主要性能:

a)着色性好;

b)与GPPS比较是加入了5-20%的丁二(一般用顺丁橡胶或丁苯橡胶), 成份, 故抗冲击性大大提高.

@ 注塑工艺要点:

a)流动性小于GPPS, 故成型温度` 压力都稍高;

b)冷却速度较GPPS慢, 故需要足够的保压力和保压时间以及充分的冷却条件以减少局部收缩及冷却变形.

@ 共混改性塑料:

HIPS + GPPS→混和啤塑, 调整比例使塑料具有足够强度及良好表观质量.

@ 常用原料举例:

a) HIPS STYRON 470,475U (DOW Chemical Co., Ltd)

b) Dolyrex PH-66 (台湾奇美实业公司)

c) HIPS HI-425 (NIWON Co., Ltd 。KOREA)

3. AS(SAN) – 大力胶. 丙烯晴-苯乙烯共聚物

@ 塑料主要性能:

a) 高透明` 高光泽` 耐冲击性优于GPPS;

b) 不耐动态疲劳, 但耐应力开裂远胜GPPS.

@ 主要工艺要点:

a) 需进行预干燥, 80℃2小时;

b) 温度控制: 注射成型温度180-270℃, 模具温度65-75℃.

c) 玻璃纤维强化SAN-GF30, 需进行预干燥, 80℃2小时, 温度控制: 注射成型温度200-260℃, 模具温度60-80℃,成型收缩率0.1~0.2%

@ 常用原料举例:

AS767 / STYLON GR601 (旭 DOW。日本)

4. BDS(K-ResinK树脂) –料。丁二烯-笨乙烯共聚物

@ 塑料主要性能:

a) 透明且具有较高的冲击强度及韧性;

b) K料分KR-01 % KR-03, KR-03冲击性优于KR-01;

@ 主要工艺要点:

啤塑参数: 注射料筒温度: 200-250℃, 注射压力: 40-70Mpa, 模具温度:

40-60℃.

@ 共混改性塑料:

根据需要, K料可以和聚苯乙烯及其改性物(包括ABS)任何比例混炼.

@ 常用原料举例:

KR-01, KR-03 (美国菲利浦石油化学公司)

ABS&MBS

1. ABS – 超不碎胶. 丙烯睛-丁二桸-苯乙烯共聚物

ABS可以看作是PB(聚丁二烯)` BS(丁苯橡胶)` PBA(丁睛橡胶)分散于AS(丙烯睛-苯乙烯的共聚物)或PS(聚苯乙烯)中的一种多组份聚合物. 三种组份的作用:

A (丙烯睛) --- 占20-30% , 使胶件表面较高硬度, 提高耐磨性, 耐热性

B (丁二烯) --- 占25-30%, 加强柔顺性, 保持材料弹性及耐冲击强度

C (苯乙烯) --- 占40-50%, 保持良好成型性(流动性, 着色性)及保持材料刚性.

@ 塑料主要性能:

a) 由于B的作用，ABS较GPPS抗冲击强度高得多;

b) 收缩率较小(0.4-0.7%), 尺寸稳定;

c) 具有良好电镀性能, 也是所有塑料中电镀性能最好的.

@ 注塑工艺要点:

a) 吸湿性较大, 必须干燥, 干燥条件85℃, 3hrs以上(如要求胶件表面光泽,

更需长时间干燥);

b) 温度参数: 料温180-260℃(一般不宜超过250℃, 因过高温度会引致橡胶成份分解反而使流动性降低),模温40-80℃正常, 若要求外观光亮则模温取较高.

c) 注射压力一般取70-100Mpa, 保压取第一压的30-60%, 注射速度取中` 低速.

d) 模具入水采用细水口及 热水口. 一般设计细水口为0.8-1.2mm.

@ 共混改性塑料:

a) ABS + PC→提高ABS耐热性和抗冲击强度; (充电器﹑手机的外壳)

b) ABS + PVC→提高ABS的韧性` 耐热性及抗老化能力.

@ 常用原料举例:

a) ABS POLYLAC 747 757 (台湾奇美实业公司)

b) LUSTRAN ABS 248 (Monsanto Company USA)

c) LG HI-121H (LG Chemical Ltd KOREA)

d) Cycolac ABS 1008 1002 (General electrical U.S.A)

e) ABS DENKA GR-2000 (日本电气化学工业)

f) ABS JSR 12 (日本合成橡胶公司)

g) STYLAC ABS 191 (旭道。日本)

2. MBS --- 透明ABDS. 甲基丙烯酸甲脂-丁二烯-苯乙烯共聚物

@ 塑料主要性能:

透明且具备ABS性能, 其原理为: M + BS→MBS(透明), M使材料折光率降

低, S使材料折光率增大, 故加入后两者折光率趋于一致成为透明.

@ 注塑主要工艺:

(同ABS, 需注意混点` 气泡影响外观.)

@ 常用原料举例:

Toray ABS 920 (日本东丽株式会社)

PVC (聚氯乙烯) -(CH2- CH2)-

CH3

一般以为含15%以下增塑剂的PVC称为硬PVC, 而含15%以上增塑剂的PVC称为软PVC, 玩具所用PVC多为软PVC, 35~90度

@ 塑料主要性能:

a) 非结晶性塑料, 透明, 着色容易:

b) 材料中增塑剂含量决定软硬程度(一般在55-90度)及力学性能.

@ 注塑工艺要点:

a) 原料必须干燥(氯乙烯极性分子易吸水), 干燥温度85℃左右, 时间2小时以上;

b) 材料的成型温度接近分解温度, 故须控制尽可能用较低的温度注射, 同时亦应尽可能缩短啤塑周期, 以减少熔料在料筒内的滞留时间;

料温参数: 前160-170℃, 中160-165℃, 后140-150℃. 由于PVC本身耐热

性差, 料在料筒内长时间受热, 会降解析出氯化氢(HCL)使胶件变黄甚至产生

黑点, 并且氯化氢对模腔有腐蚀作用, 所以要经常清洗模腔及机头死角位;

c) 流动性很差, 故注塑模的浇口` 流道尽可能粗` 短` 厚且制件壁厚应在1.5mm以上, 以减少压力损失使料流尽快充满型腔, 总之宜采用高压底温(注射压力200Mpa以上, 背压取0.5-1.5Mpa, 保压取注压力的20-30%);

d) 模具温度尽可能低(通常运冻水, 控制模温在30-45℃), 以缩短成型周期以及减小胶件出模后变形, 必要时借助定型模` 缩水模来较正控制变形;

e) 水口料: 清洁良好的水口料可百分之百回用;

f) 关机: 早10啤前关电掣, 停机后用PE过机.

用于唱片,瓶子,人造皮,地板材料,薄板,胶膜,热索套馆,鞋子,线材,给排水管(UPVC),摥胶.

共混改性塑料:

a) PVC + EVA→提高冲击强度(长效增塑作用);

b) PVC + ABS→增加韧性, 提高冲击强度.

NYLON(PA)----------(尼龙。聚胺)

常见尼龙为脂肪族尼龙如PA6`PA66，`PA1010….最常用的PA66(聚己二 己二胺), 在尼龙材料中结构最强, PA6(聚己内胺)具有最佳的加工性能.

@ 塑料主要性能:

a) 结晶度高, 机械强度优异(因为高分子链含有强极性 胺基(NHCO), 链之间形成氢键);

b) 冲击强度高(高过ABS` POM但比PC低), 冲击强度随温度` 湿度增加而颢着增加(吸水后其它强度如拉升强度, 硬度, 刚度会有下降);

c) 表面硬度大, 耐磨性, 自滑性卓越, 适于做齿轮` 轴承类传动零(自滑性原理:PA分子结晶中具有容易滑移的面层结构);

d) 热变形温度低, 吸湿性大, 尺寸稳定性差.

@ 注塑工艺要点:

a) 原料需充分干燥, 温度80-90℃, 时间四小时以上;

b) 熔料粘度底, 流动性极好, 啤件易出披锋, 故压力取低一般为60-90Mpa, 保压取相同压力(加入玻璃纤维的尼龙相反要用高压);

c) 料温控制: 过高的料温易使胶件出现色变` 质脆及银丝, 而过低的料温使材料很硬可能损伤模具及螺杆. 料筒温度220-280℃(纤维偏高), 不宜超过

300℃, (注:PA6熔点温度210-215℃, PA66熔点温度255-265℃);

d) 收缩率(0.8-1.4%), 使啤件呈现出尺寸的不稳定(收缩率随料温变化而波动);

e) 模温控制: 一般控制左20-90℃, 模温直接影响尼龙结晶情况及性能表现模温高------结晶度大, 刚性, 硬度, 耐磨性提高

模温低------柔韧性好, 伸长率高, 收缩性小;

f) 注射速度: 高速注射, 因为尼龙料熔点(凝点)高, 只有高速注射才能使顺利充模, 对薄壁, 细长件更是如此:;

*** 需要同时留意披锋产生及排气不良引致的外观问题.

g) 模具方面: 工模一般不开排气位, 水口设计形式不限;

h) 退火/调试处理: 可进行二次结晶, 使结晶度增大; 故刚性提高, 改善内应力分布使不易变形, 且使尺寸稳定.

可行方法: 用100℃沸水煮1-16小时, 视具体情况可考虑加入适量醋酸盐使沸点上升到120℃左右以增加效果.

@ 常用原料举例:

a) Zytel 101,109,408……. 属PA66 (Du Pont Company USA);

b) NYLON 1013B, 1013NB…… 属PA6 (UBE宇部兴产株式会社。日本)

PC--------防弹玻璃胶。聚碳酸脂价格最贵120元/斤

@ 塑料主要性能:

a) 高透明度(接近PMMA), 非结晶体, 耐热性优异;

b) 成型收缩率小(0.5-0.7%), 高度的尺寸稳定性, 胶件精度高;

c) 冲击强度高居热塑料之冠, 蠕变小, 刚硬而有韧性;

d) 耐疲劳强度差, 耐磨性不好, 对缺口敏感, 而应力开裂性差.

@ 注塑工艺要点:

a) 高温下PC对微量水份即敏感, 必须充分干燥原料, 使含水量降低到0.02%以下, 干燥条件: 100-120℃, 时间12小时以上;

b) PC对温度很敏感, 熔体粘度随温度升高而明显下降. 料筒温度:250-320℃, (不超过350℃), 适当提高后料筒温度对塑化有利;

c) 模温控制: 85-120℃,模温宜高以减少模温及料温的差异从而降低胶件内应力,

*** 模温高虽然降低了内应力, 但过高会易粘模, 且使成型周期长;

d) 流动性差, 需用高压注射, 但需顾及胶件残留大的内应力(可能导至开裂), 注射速度: 壁厚取中速, 壁薄取高速;

e) 必要时内应力退火:烘炉温度125-135℃, 时间2Hrs,自然冷却到常温;

f) 模具方面要求较高;

*** 设计尽可能粗而短` 弯曲位少的流道, 用圆形截面分流道及流道研磨

抛光等为使降低熔料的流动阻力;

*** 注射浇口可采用任何形式的浇口, 但入水位直径不小于1.5mm;

*** 材料硬, 易损伤模具, 型腔` 型芯经淬火处理或镀硬(Cr).

g) 啤塑后处理: 用PE料过机.

h) PC料分子键长, 阻碍大分子流动时取向和结晶, 而在外力强.

@ 共混改性塑料:

a) PC + ABS→随着ABS的增加, 加工性能得到改善, 成型温度有所下降, 流动

性变好, 内应力有改善, 但机械强度随之下降;

b) PC + POM→可直接任何比例混和, 其中比例在PC:POM=50-70:50-30在很大

程度上保持了PC优良的机械性能, 而且应力开裂能力显著提

高;

c) PC + PE→目的是降低熔`粘度, 提高流动性, 也可使PC的冲击强度` 拉伸强

度` 断裂强度得到一定程度改善;

d) PC + PMMA→可使胶件呈现珠光效果.

@ 常用原料举例:

a) Panlite PC 1250Y (帝人化成株式会社。日本)

b) Saicoroy PC 800 (宇部。日本)

POM------赛钢。聚甲荃

 

@ 塑料主要性能:

a) 高结晶, 乳白色料粒, 很高刚性和硬度;

b) 耐磨性及自润滑性仅次于尼龙(但价格比尼龙便宜), 并具有较好韧性, 温度`湿度对其性能影响不大;

c) 耐反复冲击性好过PC及ABS;

d) 耐疲劳性是所有塑料中最好的.

@ 注塑工艺要点:

a) 结晶性塑料, 原料一般不干燥或短时间干燥(100℃, 1-2Hrs);

b) 流动性中等, 注射速度宜用中`高速;

c) 温度控制: 料温: 170-220℃, 注意料温不可太高, 240℃以上会分解出甲醛单

体(熔料颜色变暗), 使胶件性能变差及腐蚀模腔

模温: 80-100℃, 控制运热油;

d) 压力参数: 注射压力100Mpa, 背压0.5Mpa, 正常啤压宜采用较高的注射压力,

因流体流动性对剪切速率敏感, 不宜单靠提高料温来提高流动性,

否则有害无益;

e) 赛钢收缩率很大(2-2.5%), 须尽量延长保压时间来补缩改善缩水现象.

f) 模具方面: *** POM具高弹性材料, 浅的侧凹可以强行出模,

*** 注射浇口宜采用大入水口流道整段大粗为佳.

@ 共混改性塑料:

POM + PUR (聚氨脂) →「超韧POM」, 冲击强度可提高几十倍.

@ 常用原料举例:

a) 均聚甲醛: Delrin 100, 100ST, 500 (DU PONT Company USA)

b) 共聚甲醛: Celcon M90…… (Celanese USA)

PP--------百折胶。聚丙烯

@ 塑料主要性能:

a) 质轻, 可浮于水中;

b) 高结晶度, 耐磨性好, 优于HIPS, 高温冲击性好, 硬度低于ABS; HIPS;

c) 突出的延伸性和抗疲劳性能.

@ 注塑工艺要点;

a) 加工前一般不需干燥;

b) 染色性较差, 色粉在料中扩散不够均匀(一般需加入扩散油/白磺油), 大胶件尤明显;

c) 成型收缩率大(1.2-1.9%), 尺寸不稳定, 胶件易变形缩水, 采用提高注射压力及注射速度, 减少层间剪切力使成型收缩率降低;

d) 流动性很好, 注射压力大时易出现披锋且有方向性强的缺陷, 注射压力一般为: 50-80Mpa, (太小压力会缩水明显), 保压压力取注射压力的80%左右, 宜取较长的保压时间补缩及较长的冷却时间保证胶件尺寸` 变形程度;

e) PP冷却速度快, 宜快速注射, 适当加深排气槽来改善排气不良;

f) 料温控制: 成型温度料温较宽, 因PP高结晶, 所以料温需要较高.

前料筒200-240℃, 中料筒170-220℃, 后料筒160-1900℃, 实际上为减少披锋, 缩水等缺陷, 往往取偏下限料温;

g) 模温: 一般40-60℃, 模温太低(＜40℃), 胶件表面光泽差, 甚至无光泽, 模

温太高(＞90℃), 则易发生翘曲变形` 缩水等;

h) 「气泡」问题: 高结晶的PP高分子在熔点附近其容积会发生很大变化, 冷却时收缩及结晶化导致胶件内部产生「气泡」甚至局部空心(这会影响制件机械强度), 所以调节啤塑参数要有利于补缩.

i) 低温下表现脆性, 对缺口敏感, 产品设计时避免尖角. 壁厚件所需模温较薄壁件低.

@ 共混改性塑料:

a) PP + EVA (10%) →改善加工性, 帮助提高冲击强度;

b) PP + LDPE(10%)→提高流动性及耐冲击性;

c) PP + 橡胶→提高耐冲击性.

@ 常用原料举例:

a) COSMO PLENE PPAV 161 (The Polyolefin Company Singapore Pte Ltd)

b) PP BJ 500 (三星综合学。韩国)

c) Carlona 6100 (Shell Chemicals UK-Limited)

d) MITSUBISHI PP BC3B (三菱化学株式会社。日本)

PE(LDPE&HDPE)--聚乙烯POLYETHYLENE

@ 塑料主要性能:

*** LDPE ------ 花料。低密度软聚乙烯 -(CH2- CH2)-

a) 分子量较低, 分子链有支链, 结晶度较低(55-60%), 故密度小, 质地柔软, 透明性较HDPE好;

b) 耐冲击` 耐低温性极好, 但耐热性及硬度都低.

*** HDPE ------ 孖力士。高密度硬聚乙烯 ***

HDPE结晶度为85-90%, 远高于LDPE, 这决定了它具有较高的机械强度.

@ 注塑工艺要点:

a) 结晶性原料, 吸湿性小, 可不必干燥;

b) 流动性好, 流动性对压力敏感;

c) 收缩率大易变形, 翘曲, 必须控制模温, 保持冷却均匀;

d) 成型工艺参数:

*** LDPE: 成型温度180-240℃, 模温35-65℃, 注射压力30-90Mpa;

*** HDPE: 成型温度180-250℃, 模温50-70注射压力90-100Mpa;

啤塑PE一般不需高压, 保压取第一压的30-60%;

e) 模具方面: 对有侧凹位的件, 一般都可以强行脱模.

@ 共混改性塑性:

a) PE + EVA→改善环境应力开裂, 但机械强度有所下降;

b) PE + PP →提高塑料硬度;

c) PE + PE→不同密度混熔以调节柔软性和硬度;

d) PE + PB(顺丁二烯) →提高其回弹性.

@ 常用原料举例:

a) UCAL PE (Union Carbide ASIA Ltd 。JAPAN联合碳化物亚洲公司)

b) LDPE-F401-1 (The Polyolefin Company Singapore Pte Ltd)

c) DAELIM POLY LDPE 25A (Dealim Industrial Co; Ltd。KOREA)

d) LDPE LF542 (三菱化学株式会式。日本)

PMMA--------亚加力。聚甲基丙烯酸甲脂

@ 塑料主要性能:

a) 最优秀的透明度(仅GPPS可与之相比)及良好的导旋光性;

b) 常温下较高的机械强度;

c) 表面硬度较低, 易擦花, 故包装要求很高.

@ 注塑工艺要点:

a) 原料必须经过严格干燥, 干燥条件: 95-100℃, 时间6Hrs以上, 料斗应持续保温以免回潮;

b) 流动性稍差, 宜高压成型(80-10Mpa), 宜适当增加注射时间及足够保压压力(注射压力的80%)补缩;

c) 注塑速度不能太快以免气泡明显, 但速度太慢会使熔合线变粗;

d) 料温` 模温需取高, 以提高流动性, 减少内应力, 改善透明性及机械强度. 料温参数: 200-230℃, 中215-235℃, 后140-160℃; 模温: 30-70℃;

e) 模具方面: i. 入水口要采用大水口, 够阔够大;

ii. 模腔` 流道表面应光滑, 对料流阻力小;

iii. 出模斜度要足够大以使出模顺利;

iv. 考虑排气, 防止出现气泡, 银纹(温度太高影响)` 熔接痕等.

f) PMMA极易出现啤塑黑点, 请从以下方面控制:

i. 保证原料洁净(尤其是翻用的水口料);

ii. 定期清洁模具;

iii. 机台清洁(清洁料筒前端, 螺杆及喷咀等).

@ 共混改性塑料:

PMMA + PC→可获得珠光色泽, 能代替?┘佑卸镜�(Cd)类无机物制成珠光

塑料.

@ 常用原料举例:

a) PMMA 372#. 373# (国内生产)

b) Lueite (Du Pont Co., Ltd。USA)

c) Acry-aie (Fudow Chemical Co。JAPAN)

EVA------橡皮胶。乙烯-醋酸乙烯酯共聚物

@ 塑料主要性能:

a) 其柔软性` 抗冲击性` 强韧性` 耐应力开裂及透明性均优于PE;

b) VA(醋酸乙烯脂)含量越少材料性质越趋于PE, VA含量越高, 材料性质越近于橡胶.

@ 注塑工艺要点:

a) 原料不必干燥, 直接生产加工性能良好;

b) 工艺参数: 料筒温度120-180℃, 模温20-40℃, 注射压力60Mpa左右(不同型号EVA会有变化).

@ 常用原料举例:

EVA (DU PONT USA)

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本部分所附资料:

资料(3) ----------《塑料鉴别图》

资料(4) ----------《注塑问题改善导引》
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