PVC塑料注塑成型

作者:   發布時間:2018/1/10 8:31:42   瀏覽次數:6029

1、 PVC的結構和性能

1.1 結構   

PVC分子結構:

                          H     H

                          C     C

H     Cln       

PVC是使用最廣泛的塑料之一，PVC材料是一種非結晶性材，樹脂分子鏈中大多數是頭-尾結構，只有少數的頭-頭結構和尾-尾結構。工業生產的PVC的聚合度在500-2000之間。

1.2 性能  

PVC是無毒無臭的白色粉末。PVC塑料的密度為1.40g/cm³，加入增塑劑和填料的PVC塑料的密度通常為1.15-2.00g/cm³，玻璃化溫度87℃，熔點160-212℃。

PVC塑料的力學性能取決于聚合物的相對分子質量、增塑劑及填料的含量。一般情況下，填料含量增加，其拉伸強度降低。未加增塑劑的PVC是硬質塑料，填加增塑劑后，柔軟性、伸長率、耐寒性增加，玻璃化溫度、脆性、硬度、拉伸強度等均降低。

PVC在65-85℃開始軟化，170℃以上成黏流狀態，140℃即開始少量分解，隨溫度升高分解速度增加，190℃以上大量放出HCL氣體。PVC的含氯量高達56%，因而具有阻燃性和自熄性；而且具有良好的介電性能，是優良的電絕緣材料。此外，PVC是一種熱穩定性較差的聚合物，在光和熱的作用下能逐漸分解放出HCl，同時在力、氧、臭氧、氯化氰以及某些活性金屬（如銅、鋅等）離子存在下，使降解速度大大加快。

PVC脫除HCl后在主鏈上形成共軛雙鍵，樹脂的顏色發生變化。由于PVC熱分解時放出HCl，而放出的HCl又對PVC的降解起催化作用，進一步加快其降解速度，因此，往往要加入某些堿性物質作為穩定劑，以防止PVC熱降解。

盡管如此，RPVC的熔體流動性仍然較差，需要較大的注射壓力，同時為避免出現熔體破裂現象，在成型中宜選用低速注射。

PVC吸水性較小，通常在0.1%以下，對要求不高的制品，成型前可不干燥。

為減少PVC加工過程中分解出的HCl氣體對設備和模具的腐蝕，設備和模具必須選擇防腐的金屬材料，并做好相應的防腐工作。

2 PVC材料改性PVC具有優異的化學穩定性，它對大多數的無機酸和堿是穩定的，但在濃的硫酸、硝酸和鉻酸的作用下發生降解。

在硬質PVC（PVC-U）中，為了改善PVC的熱穩定性、潤滑性、增韌性及外觀質量等，應加入各種助劑。提高PVC塑料性能的主要途徑是尋找合適的穩定劑、增塑劑、填充劑等助劑進行合理配置，通過共聚和共混對PVC進行改性是一種有效的方法。

3 注塑工藝特性和工藝參數的設定

3.1影響制件特性的因素

(1)成型料溫。   

(2)流道的大小而產生磨察熱的大小。

(3)澆口的位置及大小。

(4)添加劑的選擇及添加量。

(5)冷料穴的位置及大小。

(6)排氣槽的位置及大小。

(7)產品的壁厚。

3.2 PVC-U的工藝特性

（1）沒有明顯的熔點，60℃以上會變軟，100-150℃呈黏彈態，150℃以上呈黏流態，PVC-U混合料的分解溫度很少超過200℃。

（2）熱穩定性差，無論是時間還是溫度，都能導致PVC-U的分解，所以要嚴格控制成型溫度和物料在料筒中的停留時間。

（3）在PVC-U中，盡管加入了添加劑，但其流動性仍然較差，因此，在極短的時間內要使熔料充滿模腔是困難的，因此，要用較高的注射壓力和較低的注射速率。

（4）由于加工過程中不可避免地要產生分解，放出HCl氣體，因此，做好設備的防腐工作。

（5）制品的脆性大。

（6）PVC在加工時熔化溫度是一個非常重要的工藝參數，如果此參數不當將導致材料分解的問題。

（7）PVC的流動特性相當差，其工藝范圍很窄，特別是大分子量的PVC材料更難以加工（這種材料通常要加入潤滑劑改善流動特性），因此通常使用的都是小分子量的PVC材料。

（8）PVC的收縮率相當低，一般在0.6-1.0% 。

（9）在成型時溫度過高易分解出氯氣，氯氣與空氣中的水蒸氣結合形成鹽酸，易腐蝕模具型腔表面。

3.3選用注塑機時的要求

（1）只能選用螺桿式注塑機，不能選用柱塞式注塑機．

（2）所有與PVC塑料接觸的部分，不允許對塑化熔體產生任何黏附或滯留；由于ＨＣl的作用，要求這些部位耐磨、耐腐蝕。最好選用耐磨耐腐蝕材質制造的設備，或選用對這些部件進行鍍鉻或氮化處理的設備。

（3）設備的溫度控制系統應指標明確，反映靈敏。

（4）螺桿的長徑比可小，螺桿頭部呈尖頭；螺桿的壓縮比為２-2.5，螺桿的三段長度可分別設置為40％，40％和20％。

（5）選用孔徑較大的通用噴嘴，并配有加熱控溫裝置。

（6）電熱系統采用閉回路控制，嚴格控制料溫的上下偏差，建議料溫控制在±15℃，射嘴有獨立溫控系統。

(7)料管組應具有一定的冷卻裝置,建議在料管組增加風扇均衡料管組的溫度。

(8)料管盡可能避免在加料及射出時產生摩擦熱，如尖角，突變等現象（圖1-1）

(9)料管盡可能避免積料死角，每次射出成型須控制積料盡可能少（圖1-1）

(10)射嘴采用敞開式，不建議采用止逆閥。（圖1-1）

(11)每次射出應盡可能將射嘴處的余料帶出，建議采用如圖示射嘴（圖1-1）(12)桿的規格應選用：硬質PVC屬熱敏性塑料，其細長比建議選擇17～18，螺桿，射嘴，需選用防腐蝕材料進行相關的處理

    

3.4 制品與模具設計要求

1．制品的壁厚盡可能均勻，壁厚不太薄，一般不低于1.2mm，大約在1.5-5mm之間。

2． PVC-U的成型收縮率為0.6%-1.5%之間，要求制品有一定的脫模斜度，一般為1^。－１.4^。，對于多孔制品或脫模阻力較大的制品脫模斜度還要再大些。

3．所有常規的澆口都可以使用，宜取大，以防止死角滯料，一般不小于∮1MM或厚度1MM

4．流道宜取大，流道的反向應留足夠的冷料穴，每個轉折位置一般應圓滑過度，盡可能避免尖角。

5．.由于成型溫度較低，為防止冷料堵塞澆口或流入模腔，在主流道末端應開設足夠的冷料穴，對于較長的分流道也應開設冷料穴。

6．成型中，大部分模具是通水冷卻控制模溫的，但同時為了改善制品表觀，有時也采用加熱/冷卻的方法控制模溫。模溫控制的范圍為30-60℃之間。

7．為了防止ＨＣl氣體的腐蝕作用，對模具的流道、型腔等部位應鍍鉻，做好防腐處理或采用耐磨耐腐蝕材料制成。

3.5 原料的準備

PVC—U水分允許含量為0.4%，所以，對要求不高的制品，成型前原料可不干燥，但原料中水分含量較高時也要進行干燥，通常是在熱風循環烘箱中進行，在90-100℃的溫度下干燥1—2.5小時。對于進行過干燥的粒料應冷卻后再進行注塑成型。

3.6 成型工藝條件

（1）采用螺桿式注射機。

（2）成型溫度范圍在160--190℃，最高不超過200℃；料筒溫度分布通常采用階梯式布置；噴嘴溫度應比料筒末端溫度底10--20℃。

（3）注射壓力在90Mpa以上，保壓壓力大多在60--80Mpa；注射壓力大對減少收縮有利，但也可能產生溢邊等問題，PVC-U宜采用較高注射壓力。

（4）較高的注射速率可減少物料的溫度變化，充模速度快，制件的表觀縮痕小，熔接痕得到改善；但注射速率過快也會引起排氣不良，產生較多的摩擦熱而使塑件燒焦、產生色變等問題，因此成型時，可采用中等或較低的注射速率。

（5）模具溫度一般在40℃以下，最高不超過60℃，由于PVC-U的熱變形溫度較低，一般采用通冷卻水來降低模溫。

（6）螺桿轉速一般為20-50r/min。

（7）除大型超厚制品外，成型周期一般在40-80s。

3.7 注意事項

（1）掌握好清洗料筒的技術，如料筒中原來有POM等熱敏性塑料時，應采用間接換料法清洗料筒。

（2）在料筒升溫過程中，應密切注意升溫情況，當溫度達到工藝要求時，須及時開動注塑機，進行對空注射，而不可以在料筒內恒溫一段時間。

（3）對空注出的料是光亮明潔的，說明塑化良好，可投入正常生產。

（4）成型時，前后的成型周期應盡可能一致，注塑機油路系統的溫度應保持恒定。

 （5）停機時，應先將料筒內的料全部排完，并用PE或PS等及時清洗料筒。

（6）成型過程中，應保持室內通風良好，確保人身安全。

注塑成型各種缺陷的現象及解決方法

1. 龜裂 

龜裂是塑料制品較常見的一種缺陷，產生的主要原因是由于應力變形所致。主要有殘余應力、外部應力和外部環境所產生的應力變形。
（－）殘余應力引起的龜裂
殘余應力主要由于以下三種情況，即充填過剩、脫模推出和金屬鑲嵌件造成的。作為 在充填過剩的情況下產生的龜裂，其解決方法主要可在以下幾方面入手：
（1）由于直澆口壓力損失最小，所以，如果龜裂最主要產生在直澆口附近，則可考慮改用多點分布點澆口、側澆口及柄形澆口方式。
（2）在保證樹脂不分解、不劣化的前提下，適當提高樹脂溫度可以降低熔融粘度，提高流動性，同時也可以降低注射壓力，以減小應力。 
（3）一般情況下，模溫較低時容易產生應力，應適當提高溫度。但當注射速度較高時，即使模溫低一些，也可減低應力的產生。
（4）注射和保壓時間過長也會產生應力，將其適當縮短或進行Th次保壓切換效果較好。
（5）非結晶性樹脂，如 AS樹脂、 ABS樹脂、 PMMA樹脂等較結晶性樹脂如聚乙烯、聚甲醛等容易產生殘余應力，應予以注意。
脫模推出時，由于脫模斜度小、模具型膠及凸模粗糙，使推出力過大，產生應力，有時甚至在推出桿周圍產生白化或破裂現象。只要仔細觀察龜裂產生的位置，即可確定原因。
在注射成型的同時嵌入金屬件時，最容易產生應力，而且容易在經過一段時間后才產生龜裂，危害極大。這主要是由于金屬和樹脂的熱膨脹系數相差懸殊產生應力，而且隨著時間的推移，應力超過逐漸劣化的樹脂材料的強度而產生裂紋。為預防由此產生的龜裂，作為經驗，壁厚7"與嵌入金屬件的外徑通用型聚苯乙烯基本上不適于宜加鑲嵌件，而鑲嵌件對尼龍的影響最小。由于玻璃纖維增強樹脂材料的熱膨脹系數較小，比較適合嵌入件。
另外，成型前對金屬嵌件進行預熱，也具有較好的效果。
（二）外部應力引起的龜裂
這里的外部應力，主要是因設計不合理而造成應力集中，特別是在尖角處更需注意。由圖2－2可知，可取R／7"一0．5～0．7。
（三）外部環境引起的龜裂
化學藥品、吸潮引起的水降解，以及再生料的過多使用都會使物性劣化，產生龜裂。
二、充填不足

充填不足的主要原因有以下幾個方面：

i. 樹脂容量不足。 

ii. 型腔內加壓不足。 
iii. 樹脂流動性不足。 
iv. 排氣效果不好。 
作為改善措施，主要可以從以下幾個方面入手：
1）加長注射時間，防止由于成型周期過短，造成澆口固化前樹脂逆流而難于充滿型腔。
2）提高注射速度。
3）提高模具溫度。
4）提高樹脂溫度。
5）提高注射壓力。
6）擴大澆口尺寸。一般澆口的高度應等于制品壁厚的1／2～l／3。
7）澆口設置在制品壁厚最大處。
8）設置排氣槽（平均深度0．03mm、寬度3～smm）或排氣桿。對于較小工件更為重要。
9）在螺桿與注射噴嘴之間留有一定的（約smm）緩沖距離。
10）選用低粘度等級的材料。
11）加入潤滑劑。
三、皺招及麻面
產生這種缺陷的原因在本質上與充填不足相同，只是程度不同。因此，解決方法也與上述方法基本相同。特別是對流動性較差的樹脂（如聚甲醛、PMMA樹脂、聚碳酸酯及PP樹脂等）更需要注意適當增大澆口和適當的注射時間。
四、縮坑
縮坑的原因也與充填不足相同，原則上可通過過剩充填加以解決，但卻會有產生應力的危險，應在設計上注意壁厚均勻，應盡可能地減少加強肋、凸柱等地方的壁厚。
五、溢邊
對于溢邊的處理重點應主要放在模具的改善方面。而在成型條件上，則可在降低流動性方面著手。具體地可采用以下幾種方法：
1）降低注射壓力。
2）降低樹脂溫度。 
4）選用高粘度等級的材料。
5）降低模具溫度。
6）研磨溢邊發生的模具面。
7）采用較硬的模具鋼材。
8）提高鎖模力。
9）調整準確模具的結合面等部位。
10）增加模具支撐柱，以增加剛性。
ll）根據不同材料確定不同排氣槽的尺寸。
六、熔接痕 
熔接痕是由于來自不同方向的熔融樹脂前端部分被冷卻、在結合處未能完全融合而產生
的。一般情況下，主要影響外觀，對涂裝、電鍍產生影響。嚴重時，對制品強度產生影響
（特別是在纖維增強樹脂時，尤為嚴重）?？蓞⒖家韵聨醉椨枰愿纳疲?/span>
l）調整成型條件，提高流動性。如，提高樹脂溫度、提高模具溫度、提高注射壓力及速
度等。
2）增設排氣槽，在熔接痕的產生處設置推出桿也有利于排氣。
3）盡量減少脫模劑的使用。
4）設置工藝溢料并作為熔接痕的產生處，成型后再予以切斷去除。
5）若僅影響外觀，則可改變燒四位置，以改變熔接痕的位置?；蛘邔⑷劢雍郛a生的部位處理為暗光澤面等，予以修飾。
七、燒傷

根據由機械、模具或成型條件等不同的原因引起的燒傷，采取的解決辦法也不同。

1）機械原因，例如，由于異常條件造成料筒過熱，使樹脂高溫分解、燒傷后注射到制品中，或者由于料簡內的噴嘴和螺桿的螺紋、止回閥等部位造成樹脂的滯流，分解變色后帶入制品，在制品中帶有黑褐色的燒傷痕。這時，應清理噴嘴、螺桿及料筒。

2）模具的原因，主要是因為排氣不良所致。這種燒傷一般發生在固定的地方，容易與第

一種情況區別。這時應注意采取加排氣槽反排氣桿等措施。

3）在成型條件方面，背壓在300MPa以上時，會使料筒部分過熱，造成燒傷。螺桿轉速過高時，也會產生過熱，一般在40～90r／min范圍內為好。在沒設排氣槽或排氣槽較小時，注射速度過高會引起過熱氣體燒傷。
八、銀線
銀線主要是由于材料的吸濕性引起的。因此，一般應在比樹脂熱變形溫度低10～15C的條件下烘干。對要求較高的PMMA樹臘系列，需要在75t）左右的條件下烘干4～6h。特別是在使用自動烘干料斗時，需要根據成型周期（成型量）及干燥時間選用合理的容量，還應在注射開始前數小時先行開機烘料。
另外，料簡內材料滯流時間過長也會產生銀線。不同種類的材料混合時，例如聚苯乙烯和ABS樹脂、AS樹脂，聚丙烯和聚苯乙烯等都不宜混合。
九、噴流紋
噴流紋是從澆口沿著流動方向，彎曲如蛇行一樣的痕跡。它是由于樹脂由澆口開始的注射速度過高所導致。因此，擴大燒四橫截面或調低注射速度都是可選擇的措施。另外，提高模具溫度，也能減緩與型腔表面接觸的樹脂的冷卻速率，這對防止在充填初期形成表面硬化皮，也具有良好的效果。
十、翹曲、變形
注射制品的翹曲、變形是很棘手的問題。主要應從模具設計方面著手解決，而成型條件的調整效果則是很有限的。翹曲、變形的原因及解決方法可參照以下各項：
1）由成型條件引起殘余應力造成變形時，可通過降低注射壓力、提高模具并使模具溫度均勻及提高樹脂溫度或采用退火方法予以消除應力。 
2）脫模不良引起應力變形時，可通過增加推桿數量或面積、設置脫模斜度等方法加以解決。
3）由于冷卻方法不合適，使冷卻不均勻或冷卻時間不足時，可調整冷卻方法及延長冷卻時間等。例如，可盡可能地在貼近變形的地方設置冷卻回路。
4）對于成型收縮所引起的變形，就必須修正模具的設計了。其中，最重要的是應注意使制品壁厚一致。有時，在不得已的情況下，只好通過測量制品的變形，按相反的方向修整模具，加以校正。收縮率較大的樹脂，～般是結晶性樹脂（如聚甲醛、尼龍、聚丙烯、聚乙烯及PET樹脂等）比非結晶性樹脂（如PMMA樹脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS樹脂及AS樹脂等）的變形大。另外，由于玻璃纖維增強樹脂具有纖維配向性，變形也大。
十一、氣泡
根據氣泡的產生原因，解決的對策有以下幾個方面：
1）在制品壁厚較大時，其外表面冷卻速度比中心部的快，因此，隨著冷卻的進行，中心部的樹脂邊收縮邊向表面擴張，使中心部產生充填不足。這種情況被稱為真空氣泡。解決方法主要有：
a）根據壁厚，確定合理的澆口，澆道尺寸。一般澆口高度應為制品壁厚的50％～60％。
b）至澆口封合為止，留有一定的補充注射料。
C）注射時間應較澆口封合時間略長。
d）降低注射速度，提高注射壓力，
e）采用熔融粘度等級高的材料。
2）由于揮發性氣體的產生而造成的氣泡，解決的方法主要有：
a）充分進行預干燥。
b）降低樹脂溫度，避免產生分解氣體。
3）流動性差造成的氣泡，可通過提高樹脂及模具的溫度、提高注射速度予以解決。
十二、白化
白化現象最主要發生在ABS樹脂制品的推出部分。脫模效果不佳是其主要原因?？刹捎媒档妥⑸鋲毫?，加大脫模斜度，增加推桿的數量或面積，減小模具表面粗糙度值等方法改善，當然，噴脫模劑也是一種方法，但應注意不要對后續工序，如燙印、涂裝等產生不良影響。