2020-04-28 文章3：Ultraform®的加工(Ⅰ)注塑 成型Ultraform®的加工(Ⅰ)注塑成型

可使用适用于热塑性塑料的所有方法对 Ultraform®进行加工。最重要的方法是注塑成型和挤出。注塑成型法可极为经济地批量生产产品（甚至最为复杂的模制品）。

PART 1

一般注意事项

预处理

装在原始包装中的粒料或球料通常不需要特殊的预处理即可进行加工。然而，由于长期或不正确的储存而返潮的粒料或球料必须在合适的干燥器中进行干燥处理，例如，在脱湿干燥器中以 100℃到 110℃的温度处理约 3 小时。

启动和停机

装有 Ultraform®的加工机器以加工热塑性塑料的正常方式启动。对螺筒 barrel 和喷嘴加热器进行设置，使其达到 180℃到 220℃的熔融温度。之后，必须根据试验，确定最佳加工条件。请参见“安全注意事项”。

当较长时间停工、或当机器因事故停车时，如有可能，应运转至机器内已空、且螺筒 barrel 温度下降后，再停机。重新启动加工机器时，必须确保首先将模具加热至 200℃左右，该措施可防止冷材料堵塞螺筒 barrel。

自显色

可在加工时对 Ultraform®进行着色处理。对于这一问题，应该遵守以下几点：

z 仅当着色剂和辅助设备不会影响 Ultraform®的热稳定性且其在一般加工条件下自身稳定时，才可对 Ultraform®进行着色处理。

z 在实际应用中，成功使用以粉末颜料、液体颜色和母料（聚烯烃或最好是 POM 基质材料）为基础的着色系统。可通过使用高背压和低螺杆转速达

到均匀的颜色分布效果。

z 与未着色材料相比，所使用的颜料（类型和数量）以及所使用的母料可支持材料改变 Ultraform®的机械和摩擦性能以及收缩和翘曲性能。对成品零件的试验，可提供已制成零件是否符合要求等信息。

z 大多数情况下，在传统配置的加工设备上简单地附加一个着色剂测量装置便可获得良好效果。如果要求很高，建议使用专用混合装置。

z 如果自显色零件在使用中接触食品，则必须遵守食品法规的特殊条款（参见“安全注意事项”）。

关于更多信息，请参见本手册的“Ultraform®的自显色”部分。

由 Ultraform®制成的带有功能性零件的玩具

再处理

可将由熔渣、不良品和类似物料磨成粉末的废物材料进行回收，并重新混合到工艺中。然而，它们必须是干净的、或在先前的加工过程中未受到任何损害。可影响材料分解的因素有：

z 剧烈剪切（高螺杆转速、铸口太小等）

z 温度太高或耐受时间太长

z 在自显色过程中使用了不相容的颜料

z 异物或其他杂质

z 湿气

粉碎过程也可能损坏塑料。经证实，在研磨操作中磨粉机需低速运转；应清除所有粘附性粉尘。在进行再处理之前，建议对长期储存的已磨粉材料进行干燥处理。在实际应用中，有 10%至 15%（偶尔会有高达 30%）的磨粉材料被混合。对于玻璃纤维强化产品，在加工过程中可将玻璃纤维弄短，在研磨过程中也是如此。如果将大量这种类型的磨粉材料混合到新材料之中，则收缩性、翘曲性（尤其是机械性能）可能会受到影响。往原始粒料中添加磨粉材料可能会对正常的送料过程造成不利影响。正是这个原因，应仅当确定其不会干扰加工条件或影响成品特性（例如，冲击强度）时，才可往生产线上添加磨粉材料。

与其他热塑性塑料的相容性

Ultraform®品牌原料之间可相互混合，也可与其他聚甲醛进行混合。由于加工机器的均质化作用有限，所以必须避免粘度差异过大。Ultraform®不能与大多数其他热塑性塑料相混合。尤其是在熔渣附近，甚至少量该类外来杂质也会以层状结构的形式变得很明显。其结果就是众所周知的酥饼效应。热塑性塑料（如 PVC）污染 Ultraform®后会对 POM产生破坏性效果，因此，必须毫无例外地予以避免。还必须避免与含有卤素基阻燃剂的热塑性塑料相混

合。甚至少量该类热塑性塑料也会在加工过程中产生 Ultraform®不可控制的快速分解。 添加磨粉材料时，需特别注意材料是干净、均匀、且无粉尘，这一点至关重要。当转而生产其他热塑性塑料时，或从其他热塑性塑料转而生产 Ultraform®时，最好使用粒状 PE 或 PP

材料或合适的清洗化合物清除螺筒 barrel。当对清洁有更高要求时，可使用专门的分批清洁产品（如巴斯夫生产的 Ultraclean Batch®）。

总之，一旦达到需要的温度，就可重新开始生产，而最初几个模制品应该归入不合格品中。当从 PVC转换到生产 Ultraform®，有必要彻底清除加工机器，然后再对其进行机械清洁，反之亦然。

PART 2

注塑成型  

注塑成型是加工 Ultraform®的最为重要的方法之一。当塑化装置正确设计时，可在所有商用注塑成型机上对 Ultraform®进行加工。

注塑成型装置

三段式螺杆 

通过注塑成型法生产Ultraform®时，适合使用常用的单线三段式螺杆。在现代机器中，有效的螺杆长度为 20－23D，螺距则为 0.8－1.0D。图 16 显示了经过试验和测试的三段式螺杆的几何构造。粒料的供料和熔融实质上取决于螺筒 barrel 上的温度控制和螺杆的螺纹深度。图 21 中列出了针对不同螺纹直径所建议的螺纹深度。当使用浅螺纹螺杆时，塑化动

力在一定程度上比标准螺纹的塑化动力低，因此，它们获得的材料比深螺纹螺杆少。然而，材料可适度熔化，其在螺筒 barrel 中的滞留时间更短，所获得的熔融体也更为均匀。这种效果对由 Ultraform®制成的模制品的质量更为有利。不建议在排气螺杆中进行加工。

注射喷嘴、止回阀

对于 Ultraform®注塑成型而言，通常有一个开口注射喷嘴就已足够。由于其设计简单，从而确保了流速平稳。这种类型的喷嘴的优点是，由于热破坏而形成的任何气态分解产物可以逸出，而不会造成压力累积。当滞留时间意外延长、在高熔融温度下、在停机期间或其他中断过程中就会产生这种现象。塑炼时以及当喷嘴从模具中缩回时，止流式喷嘴可防止熔融体流出。弹簧支承针式止流喷嘴尤其适合于这一用途。在最佳生产中，螺杆上也应该安装一个止回阀，以防止在注射和保压阶段熔融体通过螺杆螺纹流回。 安装止回阀是获得熔融体缓冲和对熔融体起保压作用的唯一途径。

磨损防护

对玻璃纤维强化 Ultraform®进行加工时，必须使用硬磨损塑化装置（例如，双金属螺筒 barrel 和硬化螺杆、螺杆梢和止回阀）。

注塑成型模具

浇口和模具设计

所有已知类型的浇口（包括前腔和热流道系统）都可用于 Ultraform®的注塑成型生产。对于相关浇口和模具的设计构造指南，如果这些浇口和模具用于以热塑性塑料制造注塑成型零件，则其同样适用于Ultraform®。流道和浇口切勿太小。由于熔融体粘度很低，因此，表面轮廓线可极其精确地进行复制。相应地，必须对模具的内表面进行完美加工，这也同样适用于模具分离面。分模线切勿导致飞边的形成，但同时必须确保模具进行充分排气。

D 螺杆外径

L 有效螺杆长度 ：20－23D

LE 进料段长度 ：0.5－0.55L

LK 压缩段长度：0.25－0.3L

LA 计量段长度 ：0.2L

hA 计量段螺纹深度

hE 进料段螺纹深度

S 螺距 ：0.8-1.0D

R 止回阀

图 20：螺杆结构——注塑成型机三段式螺杆术语和尺寸规格

在冷却水回路和模腔之间进行良好密封，这很重要；否则，水渗入后会形成溶液，进而腐蚀模具。

金属嵌件的使用

对金属嵌件进行密封，便可避免带来任何麻烦。然而，在插入模具前必须将其预热到 80－120℃，这样就不会产生内应力。金属嵌件不得沾有油脂，且应有凸边、凹槽或相似结构，以确保其能够被很好地锚定。必须注意金属边应具有良好的圆度。

模具温度控制

由于模具温度对模制品的表面处理、收缩、翘曲和公差具有重大影响，因此，良好的设计以及有效的温度控制系统尤为重要。温度控制的设计效果应该是，模具的所有成形零件处温度相同。

螺杆直径[mm]

图 21：注塑成型机三段式螺杆的螺纹深度

调节温度时应使所有成形区域的温度相同。在特殊情况下，有时需要有条理地选择发散式温度。例如，在半模内有条理地选择不同温度在一定程度上会影响模制品的翘曲，但只有使用分离循环系统时才会有这种可能性。与所有部分结晶热塑性塑料一样，用 Ultraform®制成

的注塑成型产品的机械特性在一定程度上由其结晶度所确定。模具温度升高时，结晶度提高。模具温度升高时，硬度、刚度和强度也会增强（图 22）。而韧性值的表现恰恰与上述情况相反（图 23）。

一般而言，将温度调节在 60℃至 90℃的范围内就已足够。制造精密零件时，则要求将模具温度控制在90℃和 120℃之间。如果需要特别高的尺寸稳定性，则模具温度至少应该设置到模制品随后使用时的温度。

为了避免热损失，建议在模具和压板之间填充隔热材料。

注塑成型加工

加工温度

一般而言，熔体温度在 180℃和 220℃之间就已足够。具有长流程和薄壁的复杂模具在特殊条件下可能需要高达 230℃的温度。更高的加工温度可能会造成热降解风险。如果生产条件允许高注射速率，则熔融体在注塑成型缸体中的停留时间也相应较短，这就

会避免上述风险的产生。

建议连续测量熔体温度。由于热电偶可以很便利地安装到针式止流喷嘴中，故建议使用这种喷嘴。可不时地将注塑成型机内各个加热器带设置到相同温度。如果循环时间很长，则应将第一加热器带（靠近加料斗）的温度设置得稍低一些，这可防止粒料在进料区域过早熔融。

进料特性

Ultraform®可采用标准螺杆进行喂料不存在问题。颗粒的进料性能及其塑炼作用取决于螺杆结构、螺杆转速、螺筒 barrel 处背压和温度控制。由于在大多数注塑成型机的加料斗区域有冷却现象，故须根据需要调节进料性能。在特殊情况下，对于 Ultraform® N2310 P，应将从加料斗到塑模段设置为下降的温度分布线（例如，从 220℃到 205℃）。螺杆的圆周速率不可超过 0.3 m/s。

模具填充

制成零件的质量还取决于模具的填充速度。填充速度过高会增加分子的线性分布，从而导致机械特性的各向异性。另一方面，填充速度过低会造成产出

零件的表面质量较差。

尤其需要注意的是，注射熔融体时，模具腔体中的空气会轻易从适合的点处逸出，致使不会产生因压缩空气造成的糊斑（狄塞尔效应）。模具通风不良会加速模具沉淀物的生成。图 24 显示了一个经试验证明有用的通风系统。

当材料积聚时，通过设置使保压压力足够高，且保压时间足够长，从而使熔融体因冷却而造成的体积收缩得到补偿，这样就可阻止空隙的产生。要达到这一效果，其先决条件是浇口足够大，且其位置设置合理。这样，这一区域的熔融体就不会在保压时间结束前过早凝固，并因之密封处于静态的塑料铸模内部而对抗对熔融体的保压压力。

流动特性

Ultraform® H4320 是一种具有大分子量且具最高粘度的树脂，它是挤出工艺的首选材料。然而，它也适合制造壁厚度较大（>3 mm）、且特别坚韧的注塑成型零件。

Ultraform® N2320 003 是用于加工正常壁厚（>1.5 mm） 且流程不是太长的注塑成型产品的标准等级产品。当壁厚较薄且流程较长时，建议使用自由流动的Ultraform® S2320 003。

当加工温度上限太高而无法完成 Ultraform® S2320 003的填充时，可使用 Ultraform® W2320 003 和特别易于流动的 Ultraform® Z2320 003。

图 25 的螺旋流动试验表明，这些等级的流动特性为壁厚的函数。尽管该试验还未标准化，但根据它可进行基于实践的评估。一种产品的流动性或流程不仅由加工参数决定（例如，注射压力、注射速度、熔融体和模具温度），而且模具和机器设计还对其具有决定作用。图 26 提供了一个流动性取决于熔体温度的概况。尽管具有良好的流动性，但 Ultraform®注塑成型等级产品不易形成飞边。

加工速度

在注塑成型过程中控制加工速度的因素之一为熔融体从加工温度冷却到凝固温度所需时间，固化速率，对于后者，如果是半晶质热塑性塑料，则其与结晶速率有密切关系。

对于薄壁零件，加工速度主要取决于结晶速率。然而对于厚壁零件，则其主要取决于塑料的热传导速率。

Ultraform®等级产品以高凝固速率为特征，故其特别适合经济地生产薄壁零件。

脱模

Ultraform®可轻易地脱模。即使在模具表面温度高的情况下，它也不会沾到模具壁上。

注塑成型模具的斜度通常为 1 到 2 度。

由于 Ultraform® 的体积收缩性强，故有可能对其使用更小斜度。然而，脱模器或脱模板必须有较大的接触面积。顶杆相对于制件而言不应太细；否则，如果循环时间太短或当模具温度很高时，模制品就会被顶杆的凹槽所损坏。设计的模具冷却通道应确保模制品尽可能均匀地冷却，这样，模制品就可在凝固时不发生翘曲现象。

收缩和后收缩

收缩率可规定为室温时模具及其模制品之间的尺寸差异。其通常在生产后 24 小时就可确定，且其以百分比表示（ISO 294-3/4）。尤其是，对模具制造商而言，由于收缩预期很重要，因此，预测应尽可能地精确。设计的模具尺寸必须能够生产出所需最终尺寸的模制品。尽管收缩性是材料的一种主要特性，但模制品的尺寸还取决于注塑成型零件的形状和壁厚以及加工条件（模具表面温度、熔体温度、保压压力、注射速度、浇口的位置和尺寸）。由于这些不同因素相互影响，通常很难准确地预测收缩率。图 27 中所描述的试验箱已证实其适用于确定与实践相关的收缩尺寸。通常，长度 A 被视为箱底收缩性的测量值。 模具表面温度和模制品壁厚对收缩率产生最大影响。 图 28 表明了壁厚为 1.5 mm、5 mm 和 8 mm 的模制品的收缩率取决于试验箱。可看到的是，当模具温度升高时，收缩率快速增大。此处的模具温度总被视为所测量的表面温度而非温度控制介质的温度。

根据壁厚为 1.5 mm 的试验箱，图 29 表明了收缩率与保压压力之间的依赖性。较高的保压压力可部分补偿收缩率。通过升高模具温度和增大壁厚可强化这一效果。

其他因素（例如，熔体温度或注射速度）对Ultraform® 的收缩率不构成任何较大影响。当熔体温度升高，且注射速度降低时，收缩率只轻微增大。随着时间的推移，注塑成型品的尺寸会轻微改变，这是因为后结晶作用与温度和时间有关。另外，内应力降低和排列性减弱也会对尺寸造成轻微影响。 图 30 表示在试验箱储存中一小时（曲线 1）、14 天和 60 天（曲线 2 和 3）后所测得的收缩率。零件储存在室温下。后收缩即由于后结晶作用而导致收缩率增大现象，这可从曲线上看出。曲线 4 表示在 120 ℃的条件下，同样的零件存放 24 小时后的收缩率。如果由 Ultraform®制成的注塑成型零件在日后的使用中会接触较高温度，则应进行回火。回火是在根据预期的后结晶作用结果预先改变产品尺寸。然而，如图 30 所示，当在模具高温度下进行注塑成型操作时，可以省略回火工艺。

事实上，玻璃纤维强化 Ultraform® N2200 G53 的收缩率比未强化等级产品的收缩率低。然而，由于玻璃纤维的方向性，收缩性也是各向异性的。根据形状、浇口位置和加工条件，这会导致模制品的翘曲。与玻璃纤维强化材料相反，矿物填充 Ultraform® N2720 M63 主要以各向同性的收缩为特征。图 31 表明了与流动方向平行和垂直方向上自由收缩的未强化、玻璃纤维强化和矿物填充 Ultraform®的收缩率。

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