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如何应用奈米材料于塑胶射出成型
如何應用奈米材料於塑膠射出成型 塑膠粒到塑膠製品中間需經過軟化、熔融、混練、賦形、固化等過程,注塑機為塑膠成型的特性建造一條融膠通道,其包含的機構零件有: 螺桿→過膠頭(三套件)→料管頭法蘭→射嘴→灌嘴→ → 冷流道 → 澆口 →模穴 ↓ ↑ →熱流板→熱澆道→ 融膠通道上的機構零件都是由金屬製成,傳統金屬零件使用在射出機上有導熱不良、摩擦阻力大及沾粘等缺陷,也是正因為這些缺陷使注塑變得不穩定,各塑膠射出廠應用各種周邊輔機,研究各式的工藝調校,無非是想使融膠通道變的通暢穩定。 二十世紀末奈米陶瓷材料問世後,各國科研單位無不積極將其導入傳統工業用途,奈米材料與傳統材料結合後材料的特性得到改變,這種新材料統稱為“超限材料”,“超限”的定意是新材料的物理特性已不受傳統物理公式束縛。 匯整傳統融膠通道上各零件因傳統材料限制對射出成型動作的阻礙及改變成超限材料後的提升情況: 一、螺桿 螺桿是使膠粒轉變成融膠的一個關鍵零件,它的功能有軟化、壓縮、混練、計量。塑化能力是螺桿一項重要的指標,但傳統鋼材受限於摩擦系數,塑化能力一直不能有很好的表現。將奈米技術導入運用在螺桿,使螺桿及砲筒表面形成低沾粘且低摩擦的奈米表面,此時螺桿可以使用更高的速度旋轉儲料且不會因摩擦力增加而使料筒升溫,對塑化能力的提升莫此為甚。而抗沾粘的能力可以使螺桿及砲筒表面不會被塑料分解產生的低分子量聚合物附著於表面,進而分解碳化造成射出成品產生黑點。 PS:螺桿及砲筒表面奈米化後表面沾粘指數大幅降低,但塑料的混色需靠螺桿及砲筒表面的沾粘拉扯來進行,奈米化後混色能力會下降,且下料口段太過光滑會造成塑膠粒入料困難。 二、過膠頭(三套件) 塑料在螺桿上的移動屬於軸向移動,到了過膠頭膠流的運動轉變成徑向,目的是要使原料混練及混色更完全,扭力與剪切力到這邊達到最大值,高剪切力使低分子量聚合物特別容易附著在過膠頭上,是塑件黑點最主要來源。 將奈米陶瓷與過膠頭(三套件)結合可使其表面轉變成低沾粘且低摩擦的奈米表面,過膠頭與融膠的混練摩擦力減至最小,由系統壓力表可看出儲料壓力降低,減少高扭力對螺桿的傷害,塑料碳化的情形也可大幅減少。 三、料管頭法蘭 料管頭法蘭的作用不只用來固定射嘴,它的錐形流道是用來為混亂結晶融膠作結晶重排及初步密度提升,融膠在過膠頭混練後結晶異常混亂,若未將結晶稍做排列直接通過射嘴射膠,融膠的結晶將更混亂,塑件成形後要釋放更多的應力及更大的結晶潛熱。 將奈米陶瓷與料管頭法蘭結合,可減少螺桿旋轉時塑料對料管頭法蘭內壁的沾黏,降低螺桿扭力,並避免低分子量聚合物在此處沾黏,降低錐形流道在壓縮時的摩擦阻力。 四、射嘴 射嘴是融膠通道上構造最簡單結晶機構最為複雜的一個零件,因為它的複雜使它的操控性變得困難,一般操作員對射嘴的了解是它會產生冷膠,也因為有冷膠我們對射嘴的改質則注重其導熱性能,奈米鑽石顆粒的熱超導性及超低摩擦性能是我們使用在射嘴上的主要材料,改質後射嘴產生的問題得到以下的提升: 1、導熱性能: 金屬是熱的不良導体,射嘴內部溫度高達200多度,與模具接觸面的溫度不 到100℃,兩端溫差高達100-200℃,模具內部在射料完成後冷卻結晶,射 嘴前端與模具接觸部份會因成品結晶完成後,繼續向射嘴內部冷卻形成大面積冷膠料,冷卻時間越長,冷膠料產生的面積就越大,成品冷卻完成繼續開模動作,開模時冷料骨尾端會把相黏的冷膠料拉出,但如果冷膠料的面積過大,則部份冷膠料會被射嘴內部金屬面黏住,而斷裂留在射嘴內部,在下一次射出時殘留的冷膠料會被推擠向前,射嘴內殘留冷膠料量少時進入豎膠道若沒有全部停留在豎膠道內而進入成品穴,則成品會出現冷料紋,嚴重的還會出現短射,射嘴內殘留冷膠料量多時,則會堵住射嘴口而形成無法射出,此時必須停機、退座、使用噴燈將射嘴口附近烤熱才能再次射出,一台射出機常常一天內就會發生數次冷膠料堵注射出嘴口的狀況,影響產能.良率甚鉅。一般有經驗的射出師傅為防止冷膠料堵住射嘴口,往往會將射嘴段溫度升高,但即使升高射嘴段溫度,冷膠料還是會發生,且過高的射嘴段料溫會使熱膠料超過正常料溫進入模穴,嚴重的瓦斯氣体、塑料焦化因此產生,更容易引起因溫差而產生的應力集中。奈米熱超導射嘴內部具有一層高導熱的複合鑽石薄膜,射嘴前端被模具吸走熱量後,薄膜立即補充損失的熱度,此一效應使薄膜內璧範圍內不致產生大面積冷膠料,唯一會產生冷膠料的地方只有射嘴出口與灌嘴相連接的中間位置,此處的冷膠料在開模時會被料骨完全拉出,由於每模的冷膠料在開模時都會被完全拉出,料管與
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