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介紹了透明ABS制品的注射成型特性,討論了影響制品透明度的因素, 結(jié)合透明ABS 醫(yī)用瓶體的實際應(yīng)用,提出了相應(yīng)的解決方法。
1 引言
透明的ABS 新材料具有高的流動性和低收縮率, 故加工性能和產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性較好, 并且耐化學(xué)介質(zhì)的性能也較好, 因此, 透明的ABS 新材料有潛在的能力成為聚碳酸酯的替代材料。由于我國對透明ABS 開發(fā)和應(yīng)用較晚, 在原料的開發(fā)、成型設(shè)備與工藝研究等方面與國外相比還存在一定的差距, 使得生產(chǎn)出的注射制品透明性差, 達不到預(yù)期的效果。本文針對影響透明ABS 的注射制品透明性的因素進行探討, 并提出了相應(yīng)的提高透明性的方法。
2 透明性
一種材料的透明性好壞, 有許多性能指標(biāo)都需要考慮。常用的指標(biāo)有:透光率、霧度、折光指數(shù)、雙折射及色散等。在上述指標(biāo)中, 透光率和霧度是最為重要的2 個指標(biāo),主要表征材料的透光性。
2. 1 透光率
透光率是表征樹脂透明程度的一個重要性能指標(biāo),一種樹脂的透光率越高,其透明性就越好。透光率的定義為: 透過材料的光通量與入射到材料表面上的光通量之百分率。
2. 2 霧度
霧度又稱為濁度, 它可衡量透明或半透明材料不清晰或混濁的程度。霧度的產(chǎn)生是由于材料內(nèi)部或外表面光散射造成的云霧狀或混濁的外觀。霧度的定義為: 透過材料散射光通量與透過材料光通量之百分率。
上面介紹的透光率和霧度都是衡量材料透明性的重要指標(biāo), 兩者的關(guān)系如下: 一般來說, 透光率與霧度之間成反比關(guān)系, 即透光率高的材料, 其霧度低,反之亦然。
3 透明ABS 的透明機理
透明ABS 是在普通ABS 基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,在其成分中添加透明劑來增加透明性。透明劑增加透明的原因是因為透明劑(Clarifier) 是一種高效的成核劑。它的優(yōu)點是在縮短成核時間, 保持制品的機械性能的情況下得到最好的光學(xué)效果。透明劑能溶解在聚合物的熔體中形成均勻的溶液, 但比傳統(tǒng)的成核劑作為晶種要大幾個數(shù)量級, 冷卻后, 透明劑則形成三元的“網(wǎng)格結(jié)構(gòu)”。這種結(jié)構(gòu)作為晶核,增加成核的密度。同時,形成這種“網(wǎng)格結(jié)構(gòu)”的“纖維”其大小只有數(shù)千納米, 完全在可見光波長的范圍內(nèi),因此,可以使制品透明。據(jù)《Molding System》1998 年報道,美國Dacial 聚合物公司開發(fā)了一種稱為T- 140 的透明ABS 新材料, 它具有88 %的透光率。
4 影響因素
由于生產(chǎn)透明ABS 制品,不僅要保證制品的尺寸精度、外觀質(zhì)量及強度等, 而且要保證制品的透光性,因此,透明ABS 與普通ABS 的注射成型模具和工藝參數(shù)上都有所不同,具有自身的特點。
4. 1 模具
透明ABS 制品透明度的高低與模具的設(shè)計和加工精度密切相關(guān), 它直接影響制品表面的光學(xué)效果。為了得到所需形狀的高透明、高光澤的制品,在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計方面, 澆口的位置及尺寸、楔緊塊的大小均應(yīng)重點加以考慮。在保證成本允許的情況下, 可以采用熱流道技術(shù), 設(shè)計時, 應(yīng)注意熱膨脹和隔熱這2 個問題。模具的冷卻水道的排布應(yīng)盡可能均衡, 以保證制品的受熱均衡, 有利于制品的快速結(jié)晶。
在模具加工中, 一方面要提高加工精度, 另一方面盡量提高模具型腔表面的質(zhì)量。首先應(yīng)使模具成型部分高度光滑, 成型表面鍍鉻或達到鏡面拋光, 以免成型表面粗糙, 無限多的不規(guī)則微孔和微劃痕影響光的折射度,從而影響制品的透明性。
4. 2 成型工藝
4. 2. 1 料筒溫度和噴嘴溫度
與普通ABS 一樣, 透明ABS 在料筒中受到熱和剪切的作用塑化, 塑化的均勻性主要取決于溫度和受熱時間, 而料筒溫度直接影響到物料的溫度和流動性。為保證操作穩(wěn)定,塑化均勻,避免高溫下料團在螺桿內(nèi)的滑移, 使壓力和注射量難于控制。同時避免注射過程中受高溫作用發(fā)生降解和助劑的分解。當(dāng)料溫太低時,影響制品表面的光澤度,料溫高于240 ℃以上時, 霧度會增加, 透明性下降。為使經(jīng)料筒塑化的透明ABS 高速流經(jīng)噴嘴和模具流道時達到最大流動性和良好的充模性, 對于熔體流動速率較高的物料, 料筒溫度應(yīng)控制得低一些。對于熔體流動速率較低的物料, 料筒溫度則需控制得高一些。料筒溫度分三段控制, 從靠近料斗一端到噴嘴止,溫度漸漸升高,以使物料逐步塑化。噴嘴溫度一般略低于料筒前端溫度,過高時易發(fā)生流涎現(xiàn)象(不應(yīng)超過230 ℃) , 但噴嘴溫度也不能太低, 否則會發(fā)生堵塞或冷料入模,影響制品透明性。
4. 2. 2 模具溫度
模具溫度的高低影響制品的尺寸、性能、結(jié)晶度及其他工藝條件。透明ABS 是結(jié)晶性聚合物,升高模溫能提高制品的密度和結(jié)晶度, 有利于力學(xué)強度及制品表面光潔度的提高, 但制品的模塑收縮率增大, 制品易變形。因此, 模具溫度不宜太高, 一般取40～55 ℃。但也不能太低,否則會出現(xiàn)固化不完全,使制品產(chǎn)生的各向異性大,并有氣泡、空隙等缺陷。為提高制品表面光澤度,減少不均勻收縮程度,模具表面溫度可保持在50 ℃左右。
4. 2. 3 注射壓力和注射速度
注射壓力和注射速度對物料的充模起著決定作用,注射成型透明ABS 時,為提高制品表面質(zhì)量,縮短固化時間,從而增大透明性,應(yīng)采用較高的注射速度, 若加氮氣輔助增壓裝置更理想。由于透明ABS流動性較好, 結(jié)晶速度快, 注射及保壓壓力不宜過大,以免邊緣產(chǎn)生霧狀,破壞透明效果。
4. 2. 4 成型周期
透明ABS 由于含透明劑, 結(jié)晶速度快, 固化溫度高, 完成一次注射所需時間比普通ABS 短, 從而減少了成型時間,降低了產(chǎn)品成本。
5 應(yīng)用實例
注射制品為透明ABS 醫(yī)用血液瓶瓶體（圖1） , 該瓶體瓶口部分為橢圓形, 瓶底部分為圓形, 頸部平滑過渡, 上下鏤空, 要求透光率達到80 %以上。為保證透光性,采用圖2 的模具結(jié)構(gòu)。之所以能保證透光性,主要是采取了以下措施:
(1) 型腔和型芯鍍鉻, 減少微孔和微劃痕, 提高透光率。
(2) 鎖緊塊厚度較大, 以免注射壓力大時, 產(chǎn)生飛邊。
(3) 采用楔緊條,保證鎖緊塊鎖緊壓力。
(4) 注射壓力盡可能大, 提高充模速度, 減少熱量損失,以不產(chǎn)生飛邊為準(zhǔn)。
(5) 噴嘴溫度230 ℃, 低于透明劑降解溫度, 模具溫度為55 ℃。
(6) 冷卻水道布置平衡, 水道直徑較大, 使得制品冷卻速度快,結(jié)晶快,透明性得以保證。
6 結(jié)束語
通過分析透明ABS 的工藝特性,在醫(yī)用血液瓶瓶體的實例中得以實際應(yīng)用, 并且提出了保證透光性的一些方法和建議,從而為透明ABS 的注射成型模具設(shè)計與加工提供參考。,
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