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PMMA塑料加工工艺参考

日期:2017-01-12
PMMA塑料
 
      聚甲基丙烯酸甲酯树脂是由甲基丙烯酸甲酯自由基聚合而得,有本体聚合(浇铸)、悬浮聚合(模塑料)、溶液聚合(涂料和粘合剂)、乳液聚合(胶乳织物处理剂)和共聚改性等聚合工艺。聚甲基丙烯酸的英文名称为:Polymethylmecrylate,简称PMMA,俗称有机玻璃和压加力。
聚甲基丙烯酸甲酯树脂和是丙烯酸类树脂中最主要的品种,它与聚丙烯酸甲酯、乙酯、丁酯,聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯,聚丙烯酸及其共聚物,聚丙烯酰胺、聚氰基丙烯酸甲酯等统称为丙烯酸树脂。聚甲基丙烯酸甲酯树脂在这一类的树脂中性能最突出,产量和用途最大。
 
物化性能
PMMA是无色、透明,透光率是塑料中最好的,比玻璃高,光的透过范围大;反射率随入射角而变,对光的吸收率小,可做全反射。当PMMA载体(板、棒)弯曲度<48o时可传导光线;聚合物为无规立构型,但存在着相互隔离的短程有序排列,因而拉伸定向产品有结晶构型,有良好的抗银纹性,抗银纹增长和冲击韧性;质轻、坚韧,常温下有较高的机械强度,而且受温度的影响小,只有当接近软化点和Tg时强度才急剧下降;表面光泽优良,着色力强,尺寸稳定性好,但表面硬度和抗刻痕性差,冲击强度较低,电性能良好,但随频率的增大而下降,吸水性小,耐水溶性无机盐及某些稀酸,耐长链烷烃、醚、脂肪、油类,不耐碱;抗老化性好,无毒,燃烧时无火焰。
PMMA无定形聚合物,Tg为105℃、熔融温度大于160℃,分解温度高达270℃以上,因此,成型的温度范围较宽。
    处于熔融状态下的PMMA表现为熔体粘度较高,流动性较差,熔体粘度对温度变化比较敏感。注射温度的改变对熔体流动长度的影响要比注射压力显著,并比注射速率明显些,比模具温度则更显著。故改变PMMA成型的流动性主要是从注射温度着手。
    PMMA具有一定亲水性.其颗粒的吸水性达0.3%~0.4%,水分的存在使熔体出现气泡,所得制品有银丝,透明度也为降低。所以要求在注塑之前对树脂作干燥处理。
    由于透明度高是PMMA的特点,任何杂质的存在都会光折射关系而在制品上暴露无遗,故要求在加工成型前必须做好环境的清洁工作。
    PMMA表现为质硬、性脆、易破裂,因此,要选择好制品的成型、收缩率和脱模斜度。
常见的柱塞式注塑机和螺杆式注塑机只要制品用量不超过最大注射量的70%~80%时均可进行加工。选用带有加热控温装置的敞开式喷嘴。
注塑工艺
(1)清洁  清洁是PMMA注塑制品性能的基本条件之一,否则会因透光率变差而造成制品的报废。为此需注意如下几点。
    ①注塑机  料斗和料筒应特别注意清洁。如果料筒内存留有其它物料时,首先将料筒清洗干净(清洗材料可用PMMA的再生料),当料筒内存留有PVC、POM等物料时,不可用PMMA再生料直接清洗,这一点务须注意,
    ②粒料  在打开包装时,应先将包装材料清理干净,方能打开包装。对于使用剩余的树脂颗料注意妥善保管,以防因静电作用而污染树脂粒料或与其它树脂粒料混杂。
特殊複合材料
 
Typical Injection
Molding Conditions

一般射出成型條件
 
English
英制
 
 
SI Metric
公制
 
Temperature 溫度
    Rear zone 後段
350 - 390
°F
177 - 199
°C
    Center zone 中段
360 - 400
°F
182 - 204
°C
    Front zone 前段
370 - 410
°F
188 - 210
°C
    Melt 熔化溫度
360 - 425
°F
182 - 218
°C
    Mold 模具溫度
175 - 225
°F
79 - 107
°C
 
Pressures 壓力
    Injection 射壓
10000 - 15000
psi
69 - 103
MPa
    Hold 保壓
5000 - 10000
psi
34 - 69
MPa
    Back 背壓
50 - 100
psi
0.34 - 0.69
MPa
 
Speeds 速度
    Fill 填充速度
1 - 2
in/sec
25 - 51
mm/sec
    Screw 螺桿轉速
60 - 90
rpm
60 - 90
rpm
 
Drying 烘乾條件
    Time & Temperature
時間 & 溫度
4 Hrs @ 200
°F
4 Hrs @ 93
°C
    Dew Point 露點
0.0
°F
-18
°C
    Moisture Content
濕度含量
0.02
%
0.02
%
永久抗靜電複合材料
 
Typical Injection
Molding Conditions

一般射出成型條件
 
English
英制
 
 
SI Metric
公制
 
Temperature 溫度
    Rear zone 後段
390 - 420
°F
199 - 216
°C
    Center zone 中段
410 - 440
°F
210 - 227
°C
    Front zone 前段
430 - 460
°F
221 - 238
°C
    Melt 熔化溫度
415 - 470
°F
213 - 243
°C
    Mold 模具溫度
100 - 150
°F
38 - 66
°C
 
Pressures 壓力
    Injection 射壓
10000 - 15000
psi
69 - 103
MPa
    Hold 保壓
5000 - 10000
psi
34 - 69
MPa
    Back 背壓
50 - 100
psi
0.34 - 0.69
MPa
 
Speeds 速度
    Fill 填充速度
1 - 2
in/sec
25 - 51
mm/sec
    Screw 螺桿轉速
60 - 90
rpm
60 - 90
rpm
 
Drying 烘乾條件
    Time & Temperature
時間 & 溫度
4 Hrs @ 200
°F
4 Hrs @ 93
°C
    Dew Point 露點
0.0
°F
-18
°C
    Moisture Content
濕度含量
0.02
%
0.02
%

    ③环境的整治  除了操作人员应注意自身的整洁干净外,还应注意操作环境的整洁,如注塑机周围、操作台、制品堆放处以及颗粒的贮存处等。在操作过程中,还应注意给料斗加盖。
    ④模具的整治  模具中不允许有油污(如防锈油、切削油、润滑油等)的存在,以免使制品出现开裂、糊斑等。一般不推荐使用脱模剂。
    (2)再生料的使用  对于颜色不变、又无杂质存在的PMMA再生料,在要求不高的制品中可以与新料混合后使用的,其混入的比例为新粒的1/4。混合后的物料在成型加工之前必须预干燥处理,干燥的工艺与新料相同。对于透光率要求较高的制品,原则上不允许使用再生料。
    (3)制品的后处理
    与PS等塑料相同.出于各种原因在PMMA制品不可避免地残留有一定的内应力,这些残留应力将会使制品在使用过程中出现开裂。为了能达到减少或消除这些应力的目的,对所得制品需作一定的后处理工作。
PMMA制品的后处理是在温度为70~80℃的热风循环干燥箱内进行的、处理的时间则视制品壁厚而定,厚度增大所处理的时间也就越长,反之则缩短,一般4h左右就可以了,然后缓慢冷却至室温。PMMA树脂颗粒易吸收水分,由于水分的存在,在成型过程中受热蒸发,导致熔体起泡、膨胀、使制品出现银丝、气泡、透明度变差、有糊斑等问题。因此在成型加工前,予以干燥处理,特别是包装条件较差或包装打开时间较久的颗粒,更应如此。PMMA采用热风循环干燥设备进行干燥,其干燥工艺参数:温度为70~80℃,时间为2~4h,料层厚度为30mm。
    和干燥处理过程中,除应严格控制干燥工艺以防树脂颗粒粘连成块之外,还应注意干燥设备和容器的干净清洁,以免杂质尘埃混入,而影响制品的质量。
    经干燥处理的树脂颗粒应及时进行加工,对于暂不使用的树脂颗粒,应妥为保管。用密闭容器盛装,以防树脂颗粒与环境温度和湿度相平衡的过程中,重新吸湿。
    4成型工艺参数
    (1)注射温度  PMMA为无定形聚合物,无明显的熔点温度。成型中可供选择的范围较宽,可在160~270℃之间选取;同时温度的改变对熔体流动性的影响比较明显,随物料温度的提高熔体的流动长度也明显增加、这对于薄壁、长流程及复杂制品的充模性十分重要,但必须注意,在选用高料温时易受其它工艺参数影响而给制品表面带来变色等问题。
    注射温度的恰当与否可通过熔体对空注射法进行观察判断,即以熔体低速从喷嘴中流出是否光亮、透明、无泡,如果是呈不透明、模糊、有气泡、银丝的膨胀体,则可认为温度偏高或树脂含水量过高。
    一般来说,保证熔体充满模腔的情况下,注射温度可偏低,以减少可能出现的变色和对性能的影响。
    (2)注射压力  注射压力对PMMA熔体流功性的影响不如温度那么明显,但由于熔体粘度较大,流动性比较差,因此,还是需要较大的注射压力。特别是形状复杂的制品以及壁厚的制品,为克服熔体流动阻力和减少收缩凹痕与气泡等问题。仍需注意压力的增加会引起制品易产生内应力。
    PMMA注射压力的选择,首先是依据制品的壁厚等情况予以初选。然后再根据成型中的实际问题进行调整。通常宽浇口、易流动的厚壁制品所选取的注射压力为80~100 MPa之间,而熔体流动较为困难的制品所需的压力要大于140MPa,110~140 MPa则适用于大多数制品的成型。
    (3)注射速率  注射速率的提高对PMMA熔体的充模是有利的,但由于高速注射往往影响成型制品质量,特别在浇口周围常常是模糊不清,从而使制品的透光率大为降低,同时还增加了制品中的内应力。在一般情况下最好不采用高速注射,只有当浇口较小(大多为针形浇口)充模有困难时或熔接痕明显的情况下,选用较高的注射速率。最好采用多级注射。
    (4)模具温度  模具温度是PMMA成型中一个重要因素,模具温度的控制与制品的结构形状,使用要求以及材料本身有关。模具温度高对熔体的充模是有利的,可减少熔接痕的产生,改善制品的透明性,尤其可降低制品中的内应力。较高的模具温度会引起制品的收缩率有所增大,易发生凹痕和冷却时间长等问题,进而影响整个成型周期。
    在实际成型中,除了因充模困难,改善熔接痕、防止收缩孔等需要适当加高模温(一般为40~65℃)外,大多采取通水冷却的办法控制模具温度。
    (5)成型周期  成型周期往往与制品的壁厚有关,由于PMMA熔体在140℃左右就开始凝固,105℃达到Tg,可以在较高温度下脱模而很少发生变形,所以成型周期一般都比较短,只有当模具温度过高时,周期才略有延长。
   另:PMMA的加工要求较严格,它对水份和温度很敏感,加工前要充分干燥,其熔体粘度较大,需在较高(225-245℃)和压力下成型,模温在65-80℃较好。PMMA稳定性不太好,受高温或在较高温度下停留时间过长都会造成降解。螺杆转速不宜过大(60%左右即可),较厚的PMMA制件内易出现“空洞”,需采取大浇口,“低料温、高模温、慢速”注射的办法来加工
 
应用范围
PMMA可以用于航空、宇航、汽车、船舶用防弹玻璃、窗玻璃、仪表配件、坐舱盖、信号灯、指示灯、光学器具,如眼镜、放大镜及各种透镜。建筑材料如彩色板、高级装饰材料、家具、窗玻璃、隔板。医疗器械如整形外科假肢、假鼻、假眼、医用导光管、牙托粉。文具、日用品,如笔杆、制图用具、示教模型、标本、灯具、纽扣、发夹、糖果盘等。
PMMA通过注塑、挤出、浇铸、流延、涂覆、粘接等成型工艺加工成型。

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