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塑料模具冷却是注塑件成型的关键要素

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  据了解,注塑件是在塑料模具内成型和冷却固化的,由于每种树脂要求的成型温度和玻璃化温度不同,所以,塑料模具必须有温度调节系统,才能适合每种树脂的成型,高效地进行生产。

  在注塑成型过程中,模具内熔融材料温度一般在150~350℃之间,但由于模具温度一般在40~120℃,所以成型材料所带来的热量会逐渐使模具温度升高。 另一方面,由于注塑机加热喷嘴与模具的注道衬套直接接触,喷嘴的温度高于模具温度,也会使模具温度上升。 如果不设法将多余热量带走,模具温度必然继续上升,从而影响成型品的冷却固化。 相反地,若从模具中带走太多的热量,使模具温度下降,也会影响成型品的质量。

  对成型粘度低、流动性好的塑料(如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS等),一般要求塑料模具温度较低(一般不低于80℃);

  而对于黏度高、流动性差的塑料(如聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚等),为了提高充型性能,或塑料模具较大,散热面积广等情况,其塑料模具不仅需要设置冷却系统,还需要设置加热系统,以便在注塑之前对模具进行加热。

  有的塑料成型,需要模具设置冷却系统和加热系统。当模具的温度达到塑料的成型工艺要求时,即可关闭加热系统;如果在注射一段时间后,模具的温度高于塑料的成型工艺要求时,就要打开模具的冷却系统,使模具的温度在要求的温度下恒温。

  对于小型薄壁塑件,且成型工艺要求模温不太高时,可以不设置冷却装置而靠自然冷却。

  一.模具温度对制品的影响

  1.成型性及成型效率

  模具温度高时,成型空间内熔融材料的流动性改善,可促进填充;但就成型效率(成型周期)而言,模具温度适度减低,可缩短材料冷却固化的时间,提高成型效率。

  2.成型品的物理性质

  通常,熔融材料充填成型空间时,若模具温度较低,会使材料会迅速固化,此时,为了填充,需要很大的成型压力,因此,固化之际,施加于成型品的一部分压力残留于内部,成为所谓的残留应力。

  对于PC或改性PPO之类的硬质材料,此残留应力大到某种程度以上时,会发生应力龟裂现象或造成成型品变形。PA或POM等结晶型塑料之结晶化度及结晶化状态,显着取决于其冷却速度。冷却速度愈慢时,所得结果愈好。由上可知,模具温度高,虽不利于成型效率,但却常有利于成型品的品质。

  3.成型品的形状

  成型品肉厚、大时,若冷却不充分,其表面会发生收缩下陷,即使肉厚适当,若冷却方法不良,成型品各部分的冷却速度不同,也会因热收缩而引起翘曲、扭曲等变形,因而需使模具各部分均匀冷却。

  二.模具的冷却与加热

  一般地,模具通常以常温的水来冷却,其温度控制水的流量调节,流动性好的低熔点材料大都以此方法成型。但有时为了缩短成型周期,须将水再加以冷却。

  小型成型品的射出时间、保压时间都短,成型周期取决于冷却时间,此种成型为了提高效率,经常也以冷水冷却,但用冷水冷却时,大气中的水分会凝聚于成型空间表面,造成成型品缺陷,须加以注意。

  成型高熔点材料或肉较厚、流动距离长的成型品,为了防止充填不足或应变的发生,有时对水管通温水。成型低熔点成型材料时,成型面积大或大型成型品,也会将模具加热,此时用热水或热油,或用加热器来控制模具温度。模具温度较高时,需考虑模具滑动部位的间隙,避免模具因热膨胀而动作不良。

  一般中熔点成型材料,有时因成型品的质量或流动性而使用加热方式来控制模具温度,为了使材料固化为最终温度均匀化,而使用部分加热方式,防止残留应变。

  以上所述,模具的温度控制是利用冷却或加热的方式来调整的。

  三.冷却系统的设计原则

  (1)冷却管的口径、间隔以及至成型空间表面的距离,对模具温度的控制有重大影响。

  (2)为保持模具温度分布均匀,冷却水应先从模具温度较高处进入,然后循环至温度较低处再出口。通常注道、浇口附近的成型材料温度高,所以通冷水,温度低的外侧部分,则循环热交换的温水,此循环系统的管路连接,是在模具内加工贯穿孔,在模具外连接孔与孔。

  (3)成型PE等收缩大的材料时,因其成型收缩大,冷却管路不宜沿收缩方向。

  (4)冷却管应尽量沿成型空间的轮廓来设置,以保持模具温度分布均匀。

  (5)直径细长的芯型或芯型销,可在其中心钻盲孔,再装入套筒或隔板进行冷却,若无法装入套筒及隔板时,以热传率良好的铍铜合金作芯型及芯型销材料,或以导热管直接装入盲孔中,再以冷却水作间接之冷却,效果尤佳。

  (6)冷却水流动过程中,不得有短捷或停滞现象而影响冷却效果,而且,冷却管路尽可能使用贯穿孔方式,以便日后方便清理。

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