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Ultradur_PBT塑料的加工
添加时间：2012-01-01 19:00Ultradur PBT一般可采用现用的各种热塑加工工艺进行加工,主要方法包括注塑和挤出成型.注塑工艺适用于大批量生产结构复杂的模塑件具有成本优势.挤出工艺用于生产薄膜、半成品、管材、型材、板材和单丝.半成品往往需采用切削工具进一步加工,形成最终成型件.
一.基本注意事项
1.潮湿与干燥
热塑性聚酯,如:聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT),容易水解.如果在加工过程中熔融期间水分含量过高,就会发生降解.这会导致分子链断裂,从而引起平均分子量下降.在实际使用中,表现为抗冲击强度和弹性的下降.强度的下降通常不太明显.依照DINISO1628-5测定粘度值或依照ISO1133测定熔体体积指数,检验材料的降解情况.因此,为了保证制成件具有高质量且质量波动小,应特别注意粒料的预处理和加工.加工时,Ultradur PBT的水分含量通常应小于0.04%.为了保证生产的稳定性,通常都应进行预干燥,并且应经由封闭的输送系统给机器加料.市面上可买到适用的设备.添加色母料时(如:进行自着色),也建议进行预干燥.为了防止形成凝结水,存放于常温室内容器必须打开放置一段时间,至其达到加工区温度.该步骤所需的时间一般很长.测量数据表明,对于初始温度为5°C的25kg包装袋,需经过48小时内部温度才会达到加工区的20°C实践证明,从技术和成本角度考虑,干空气干燥机是所有干燥设备中最理想的选择.在80-120℃下这些装置的干燥时间为4个小时.一般情况下,为了达到期望的干燥效果,应遵守设备制造商的说明.不建议使用排气螺杆.
2.生产中断和材料更换
在短暂生产中断期间,应将螺杆进至最前端位置.并且当停工时间相对较长时,应另外降低辊身温度.在中断后重新启动之前,必须彻底换气.如需更换材料,必须预先松开螺杆并卸下料筒.事实证明,在这种情况下,分子量大的HDPE以及玻璃纤维增强HDPE和GFPP具有良好的清洗作用.
3.再加工
一般能够对重新研磨零件和熔渣进行再加工.但是,每进行一次加工都会发生或多或少的退化,因此,必须首先检查实际退化程度.通过检查溶液粘度值或容易粘度可掌握有用信息.如果塑料第一次通过时很缓慢,那么,通常可在25%的再生颗粒料中混入新的颗粒,这不会降低材料的特性.如果是阻燃产品,则必须遵守重新研磨的许用数量限制(例如,符合UL规范).添加重新研磨料时,必须确保已足够干燥(见“潮湿和烘干”一节)
4.自着色
通过色母料进行自着色加工,可提供除了产品范围原有色彩以外的其它色彩.选择色母料时,必须考虑与Ultradur PBT的兼容性,不能影响Ultradur PBT的各种性能.我们建议使用以PBT为基础的染色母料.如果是阻燃产品,必须注意,只能选用不影响防火等级(例如UL规定的等级)的色母料.
二.注塑加工
1.注塑设备
Ultradur PBT加工适合采用长度/直径比(L/D)为18-22D的单螺纹浅切三段式螺杆.对于直径相同的螺杆,浅螺纹螺杆可缩短熔体在料筒内的停留时间,使得熔体内的温度分布更加均匀(图17和18).加工玻璃纤维增强型PBT材料时,必须使用耐磨钢材质的料筒、螺杆和止回阀.在较高的保压压力下,止回阀必须防止熔体回流和从螺杆前方的空间内流出,从而避免成型件上出现缩痕或孔洞.在保压阶段,若充填模具中的熔体垫料明显减少,则应检查密封性是否良好或游隙是否过大.Ultradur PBT熔体具有粘性,既可用开式喷嘴,亦可使用闭式喷嘴加工,建议使用喷嘴加热圈.
对于Ultradur PBT而言,常规冷流道和热流道系统均可适用.使用热流道系统和热喷嘴时,应定期进行安全清洗,以保证熔体均匀,从而使系统加热时更具安全性.为避免出现模垢,必须设计有助于熔体流动的导向结构.因此,浇口应具有良好的隔热性,这一点非常重要.这样,这样有助于更直接地控制加热区和冷却区的温度,并可降低加热和冷却的能耗需求.必须根据不同的实际应用,选择类型最合适的浇口.模具温度高于60°C时,隔热板应当安装在设备模板和模具地板之间.这样可减小热能损失,使得模具内的温度分布更均匀抑制.有效控制模具温度,即使在生产周期较长的情况下,也能使所有成型区域达到理想的温度分布.或者,亦可通过独立温度控制电路随时调节特定位置的温度.维持冷却系统高效运转,尽量减小循环期间的温度波动.为了保证理想的脱模效果,建议拔模角度为1°.
3.计量和背压
计量时,必须限制螺杆圆周速度和背压大小,确保熔料缓慢均匀注入.保证缓慢地横向进给熔料,螺杆圆周速度不得高于15m/分钟,可保证缓慢进料.如图19所示,螺杆圆周速度与螺杆直径之间的关系.合理施加背压有助于改善熔体的均匀性和获得理想的成型效果,但背压大小不能超过10bar,否则会造成过度剪切的问题.通过升温控制可保证良好的进料性能.具体见图20的实例.
Ultradur PBT各系列产品的建议熔体温度范围为250°C至270°C.为了保证设备的最佳运行效果,应将起始温度设为260°C.熔体温度的选择取决于流道长度、壁厚及熔体在料筒内的停留时间.熔体温度过高和熔体在料筒内的停留时间过长均可造成分子降解.如图21中的例子所示,说明了粘度值(分子量衡量指标)与熔体温度和停留时间的关系.根据经验,若根据粒料溶液中粘度测量值得出材料降解率低于10%,则表明模塑件质量合格.若高于10%,则应检查加工参数并进行预处理.
根据经验,模具表面温度应在40至80℃(非增强型材料)或60至100℃(增强型材料)范围内.这些温度通常是通过供水系统保持的.使用水系统可有效地达到这些温度.若对部件的表面质量要求很高,尤其使用玻璃纤维增强型材料时,应注意,模具表面温度必须达到80°C以上.由于模具温度对收缩率、翘曲率和表面质量均有影响,因此对部件的尺寸精度也起到重要作用.图25至图28以Ultradur PBTB4520和B4300G6为例,反映了模具表面温度对收缩特性的影响.Ultradur PBTS4090G2-G6是翘曲率极低的产品.
一般而言,应尽快将塑料熔体注入模具中.但是,若浇口和部件形状比较特殊,可能需要降低注塑速度.熔体的流动特性对注模的影响很大.可使用商用注塑机的螺旋模具进行比对评估.模具流道是评估熔体流动特性的指标之一.图22中给出了部分Ultradur PBT产品系列的螺旋长度.
7.注射压力
注射压力与材料流动特性、浇口类型和模塑件的几何尺寸有关.图23给出了注射压力测试所用的试验箱示例.图24给出了部分Ultradur PBT产品系列的注射压力与熔体温度的关系.
8.收缩率
DINEN294-4定义了加工过程中的加工条件和收缩量测试方法.根据该标准,收缩量是指室温条件下模具和注塑成型模制品之间的尺寸差异.收缩量主要由材料特性决定,也与模塑零件的几何尺寸及其原点有关.Ultradur PBT产品范围中列出了收缩量的指导参数.这些指导参数是为厚度为3mm、可自由收缩的塑料板上而确定下来的.对于未增强材料,熔体温度为260°C,模具温度为60°C；对于增强材料,模具温度为80°C,保压压力为500bar.具体部件的收缩程度与多种因素有关.其后最主要的决定因素如下所示:
·注塑成型部件的几何尺寸(壁厚差异、自由或限制收缩)
·生产中用到的加工技术(保压压力、模具表面温度、熔体温度、注塑速度等)
·浇口的类型和布置(针尖浇口、射料浇口或膜式浇口)
·玻璃纤维方向(平行或与流动方向垂直)
·冷却后的储存时间(收缩结束后)
·储存温度(回火效应)
在这些因素的共同作用下,提前判断收缩率变得非常困难.为了说明部分参数的影响,采用实例的方式分别给出了壁厚1.5mm和3mm的Ultradur PBTB4520未增强塑料制品(图25)与Ultradur PBTB4300G6玻璃纤维增强塑料制品(图26)的收缩率与模具表面温度之间的关系.
②注塑成型结束后1小时测得的收缩率
③注塑成型结束后1小时测得的收缩率
④注塑成型结束后1小时测得的收缩率
⑤注塑成型结束后1小时测得的收缩率
(在120°C条件下稳定24小时)
注塑成型零件的翘曲主要是由于熔体流动方向以及横向的收缩量差异引起的.适用玻璃纤维增强材料时,翘曲通常特别明显.另外,当模具表面温度上升时,翘曲现象也更严重.另一方面,沿熔体流动方向和横向的收缩情况与未增强、矿物填充和玻璃珠填充产品等近似相同.由于注塑成型在设计时就特别容易弯曲,因此,应当尽可能使用采用这些Ultradur PBT产品系列或低翘曲玻璃纤维增强Ultradur PBTS产品系列进行生产.在很多情况下,可以通过成型件的差异化温度控制这一方法来生产无翘曲的模制品.
二.挤塑成型
1.原理、螺杆尺寸
·下列为挤塑成型Ultradur PBT树脂产品,按粘度升序排列Ultradur PBTB2550
·Ultradur PBTB4500
·Ultradur PBTB6550/B6550L/B6550LN
·LN
表3中列出了特性的典型值.
Ultradur PBTB4500适用于平面薄膜的挤塑成型.
Ultradur PBTB6550适用于薄壁和厚壁管材、中空和实心型材以及半成品的挤塑成型.
Ultradur PBTB6550L和B6550LN主要用于制造光纤中的缓冲管.能满足当今挤塑速度更高和/或拉伸性能更加这一发展趋势的要求.Ultradur PBTB6550L添加润滑剂进行改性,进料性能更好.如果需要使用硬度更高的罐子,则建议使用Ultradur PBTB6550LN.前述产品系列的加工特性与聚酰胺6十分相似.总之,该产品可在聚酰胺的加工设备上进行加工.螺杆的尺寸也一样.最新经验表明,所有的Ultradur PBT挤塑系列产品都可利用相同的三段式螺杆进行挤塑,这也结论同样适用于聚酰胺的加工.与聚酰胺相比,承压螺杆与螺纹深度之比对Ultradur PBT来说的影响更重要.选择承压部分(位于进料和计量部分之间)短、螺纹深度高的螺杆可确保快速施加足够大的压力.因此,承压区的长度应当不超过4-5D,螺纹深度比率约为3:1.但是,使用承压区域短的螺杆也能获得良好的效果.挤塑Ultradur PBTB6550LN型材－圆形、方形和中空管与板材和扁杆主要用于制造机床切削用的半成品,制造工程零部件.由于用量较少,一般不采用注塑成型工艺.采用Ultradur PBTB6550L和B6550LN管能抵抗燃料、油和油脂特性的侵蚀,具有良好的滑动摩擦和磨损特性.不管在高温还是常温下,Ultradur PBT管都具有很强的承压能力.例如,与同等尺寸的聚酰胺管子相比,它们至少承受1.5倍以上的冲击压力.薄壁的Ultradur PBT6550L和B6550LN管子可用于制造燃料管和油管、气动和液压控制管路、中央润滑系统管道、Bowden电缆和其它电缆系统.
采用冷压挤塑成型法,即冷却或温控注塑管道,对Ultradur PBTB6550和B6550LN施加压力,可形成圆形、方形、方形截面和中空的管材.由于熔体的驻留时间可能过长,必须尽量降低熔体的温度.与基于聚对苯二甲酸丁二脂的聚酯相比,Ultradur PBT冷漠的温度需要相应提高,也就是说,常温下水会影响温度控制.但是,如果因层厚增加而必须降低熔体温度,那么,从表面质量和零件内部应力状态这一角度看,提高水温是(60°C到80°C；见表6中圆截面杆件的加工实例)有利的.与其它半结晶热塑性塑料一样,Ultradur PBT也需要大小合适的高压,用于补偿熔体凝固时产生的体积收缩.
Ultradur PBTB6550LN板材和厚板已经开始用在商用、水平布置的设备上.这些设备都有一个模具、三辊抛光叠层和脱模装置.板材模具应当有多个延伸至浇口的唇角.压辊的温度控制与板厚有关,大小从60°C到170°C不等(有关加工实例见表5).产量和取出速度应相互匹配,在浇口前方压辊的整个宽度方向上形成细小、均匀的珠子.该珠子的一致性对板材的误差和表面质量起着十分重要的作用.
采用真空水浴检定可将Ultradur PBTB6550L和B6550LN制造成直径高达8mm、壁厚达1mm的管材.检定时可选用两种大小的管材和板材,两者大小都比管材的目标外径高约2.5%.根据经验,加工时会发生收缩,留有余量是为了补偿收缩.为使Ultradur PBTB6550L和B6550LN的牵引速度尽可能大,管材模具的直径与胶料套筒的内径之比必须介于2:1和2.5:1之间.关在挤塑头的冲模间隙应当是所需管材壁厚的3到4倍.表6中给出了管材生产的加工实例.
利用切槽模和冷却辊,采用常规方法即能用切槽模生产出平面薄膜.凭借合适的冷却工艺,薄膜的透明度很好,同时硬度高、表面无流痕.表9中给出了一个加工实例.在合适的生产条件下,Ultradur PBTB4500可制成厚度规格为12-100μm的薄膜.它们的透明度非常高、具有良好的表面滑动特性和很高的硬度.表10列出了这类薄膜的特性.薄膜上容易形成耐粘胶带的铝蒸汽沉淀.蒸汽沉淀进一步改善了阻隔性.采用超高温(120°C到140°C)水蒸气、环氧乙烷或电力辐射(2.5x104J/kg)等方法,可对Ultradur PBTB4500单层膜或多层膜(含PE)进行单独消毒或组合消毒.因此,它们可用于制造消毒物品的包装材料.由Ultradur PBTB4500制成的薄膜可采用单轴或双轴方式进行导向.Ultradur PBTB4500单层膜可采用超音焊接法连接.也可根据热冲击原理进行合模焊接,这时,会在焊接点区域形成白色结晶区域.
6.生产单丝和硬毛
在商用挤塑机上可用Ultradur PBTB4500材质的单丝制造出纸张网印结构.普通单丝直径在0.5mm到1.0mm之间.为获得均匀一致的直径,冷却时的纺丝水浴温度应设在60°C到80°C之间.与聚对苯二甲酸丁二脂聚酯相比,Ultradur PBT具有更好的抗水解性,通过添加标准稳定剂聚碳化二亚胺可显著增加抗水解性.Ultradur PBTB4500可通过挤塑成型制成牙刷硬毛.为确保硬毛垂直向上,并非一定要在高压或高温水浴内进行表面处理.Ultradur PBT制成的牙刷硬毛具有极低的吸水性、很高的耐磨损性和回复到垂直向上位置的出色能力.表9给出了用Ultradur PBT生产单丝和硬毛的实例.
1.加工
Ultradur PBT半成品和模塑件可用切削刀具方便地进行加工,具体包括钻削、车窗车削、攻丝、锯削、铣削、锉削和磨削.无需使用特殊工具.可在所有标准加工机床上用标准钢铁加工工具进行加工.总之,切削速度要高、进给速率要低,切屑和碎片的清除速度要快.切削工具必须保持锋利:Ultradur PBT的软化温度点很高,因此无需在加工过程中进行冷却.但是,必须确保加工温度不能抄过200°C.
2.连接方式
用Ultradur PBT制成的零件有多种低成本的连接方式.－拉伸装置1Ultradur PBT的机械特性,尤其是韧性,非常适合自攻丝.Ultradur PBT零件可方便实现彼此之间的连接,也可与其它材质的零件通过铆钉或螺栓进行连接.Ultradur PBT具有出色的弹性和强度,即使在高温条件下,也能制造低成本的咬嘴式连接器或压装式连接器.Ultradur PBT零件可与其它同质或不同质的零件通过环氧树脂、聚亚胺脂、硅树脂或氰基丙烯酸盐粘合剂等任意两种成份的胶水进行粘接.粘接前用丙酮等溶液清除待连接零件表面的油脂并粗糙化可获得最佳的粘接强度.已知的Ultradur PBT焊接方法包括加热元件焊接、超声波焊接、旋转焊接和振动焊接等四种.除了平稳的连接技术外,激光焊接是很有吸引力的连接方式,其焊接应力很小或几乎没有.由于这种塑料的绝缘损耗因子很小,只有高频焊接是不可行的.超声波连接技术的振动范围很广,尤其适合规模化注塑成型件的高效集成,可与全自动生产线同步进行.哑光表面的设计必须符合焊接技术和最优加工参数的要求,这时获得高质量焊接效果的前提.因此,在设计阶段就要考虑零件的焊接方式,然后才能机型相应的表面设计.
3.打印、压花、上漆和镀金属层
建议使用聚酰胺树脂或添加硝化纤维的聚酰胺树脂来粘接柔性板和凹版印刷.对于凸版印刷,应使用不含矿物油的标准打印油墨.含两种成份的打印油墨特别适合丝印.从80°C加热到120°C,可确保获得最佳的防刮伤和耐胶带效果.采用卓越的染料扩散技术进行热传递打印,可为Ultradur PBT带来最佳的打印质量.在Ultradur PBT成型件上进行激光打印时,效果也十分好.我们在这一领域拥有大量的实战经验,愿意悉数与您分享.高反差激光打印中需要的特殊色彩都可在我们的Ultraplaste-Infopoint上找到.我们的LS类型产品非常适合这一种打印方式.Ultradur PBT可以镀烙,没有任何难度.也可用合适的压花箔进行热印.Ultradur PBT可以涂上各种涂料,例如Hydrosoft涂料.汽车工业用的底漆和喷漆系统非常有名,即使在高达160°C的温度环境下也能对Ultradur PBT进行在线喷漆.喷漆时必须记住,除了普通注塑收缩率指外,如果喷漆零件温度升高,收缩率还会进一步增加0.1-0.2%.Ultradur PBT零件可在高度真空的环境下进行金属化.蒸汽和溅射沉积技术可形成光亮度很高的成型表面.Ultradur PBT模制品可用水溶性染料进行染色.