塑胶材料讲座

1、第一章:材料介紹1.聚 酰 胺:在分子主鏈上具有許多重復的酰胺基團的線型熱塑性高聚物的總稱,俗稱尼龍,原料顏色通常是白色至淡黃色,半透明到不透明的固體.強度高,熔點高.結晶性大,對化學試濟穩定(除強酸,氧化濟外).無毒,無臭,不霉機械性能優異,耐磨性,耐油性和潤滑性能良好.由於吸水,尺寸穩定差,電性能亦不是很好,聚酰胺種類有:4,6,8,10,11,12,13,46,66,610,612,1010,芳香性,透明性,強化性等等 2.聚己二酰己二胺:俗稱尼龍66,為半透明或不透明的乳白色熱塑性樹脂,有優良的耐磨性,自潤滑性僅次於聚四氟乙烯,聚全氟乙丙烯和聚甲醛,低溫性能優良,耐無機稀酸,不耐濃無機

2、酸,相對密度1.14-1.15,拉伸強度75.9-82.9mpa,壓縮強度:102.97mpa,衝機強度(缺口)2.10-5.25Kj/m2,熱變形溫度104(1.81mpa).目前我門公司所用的PA66為杜邦的ZYTEL101L,”ZYTEL”為杜邦尼龍商標名稱,”101”為編號,”L”表示有潤滑性(改進其機器進料和脫模特性).ZYTEL101L的密度為1.14g/cm2,熔點:255,成型收縮:1.5%(t=3.2mm)吸水性:23/24h為1.2%,23飽和為8.5%3.聚己內酰胺:也稱聚酰胺6或尼龍6,繼聚酰胺66之後的第二個聚酰胺品種,為半透明或不透明乳白色熱塑性樹脂,相對密度:1.

3、12-1.14,拉伸強度68.65mpa,壓縮強度82.38-88.26mpa,衝擊強度(缺口)2.10-6.30kj/m2,熱變形溫度68(1.81mpa)有自熄性,有良好的耐磨性和自潤滑性,低溫性能優良,耐油性能優良,尺寸穩定性較差.目前本公司所用的PA6為日本宇部公司的1013NW8,1013NW8的密度為:1.14g/m2,熔點為220,成型收縮:1.2-1.3%,吸水率:23/24H為1.8%,23飽和為10.7%,1013NW8在宇部尼龍料里面為一種高回收材料.4.玻璃纖維:在高溫下使玻璃熔融並拉成或吹成的纖維,直徑幾微米至幾十微米,可制成長纖維和短纖維,強度很高,但性脆而較易折斷

4、,有優良的耐熱性,耐腐蝕性,熱絕緣性,電絕緣性以及吸音性.5.玻璃纖維增強熱塑性塑料:在熱塑性樹脂中加入一定量玻璃纖維,進行增強得到的塑膠,玻璃纖維可使塑料的機械強度,耐熱性,尺寸穩定明顯改進,耐蠕變性大大提高,疲勞強度增大,耐低溫衝擊性良好,有玻璃纖維長度與成型顆料一樣長的稱長纖維料,和玻璃纖維長度較短而可與樹脂均勻混合的稱為短纖維料,幾乎所有熱塑性樹脂都可制成玻離纖維增強產品.如增強聚丙烯(FR-PP),增強尼龍(FR-PA),增強聚脂(FR-PET),增強聚碳酸酯(FR-PC)等.目前本公司所用到的有增強尼龍的為杜邦公司ZYTEL70G33L:ZYTEL70G33L基本樹脂為ZYTEL1

5、01,70G為高鋼性,高機械強度,33為添加的玻璃量所占比例33%,70G33L的密度為1.38G/CM3,熔點為265,成型收縮:0.2%(T=3.2MM),吸水率:23/24H為0.7%,23飽和為5.4%.還有一種增強聚丙烯為福聚公司的SF7351,SF7351樹脂為PP料,添加玻纖比例為30%短桿,密度:1.11G/CM3,熔融流率:3.9G/10MIN,熱變形溫度:110,成型收縮:0.23%.第二章 成型機器與設備一:射出成型機器1. 螺杆設計: ZYTEL101L: L/D爲16:120:1 壓縮比爲 3:15:1 1013NW8: L/D爲18:122:1 壓縮比爲3:13.5

6、:1 ZYTEL70633L: L/D爲20:1以上 壓縮比爲3.2:14.3:12. 止逆流閥:常見的環式逆流防止閥或球式逆流防止閥都可 以用在熔膠粘度較低的尼龍料上，但不管用那一種，樹脂 流路皆須圓滑順暢以防阻塞的問題，玻纖強化尼龍之止逆 流閥應經過特殊硬化處理，流線型設計要避免死角或滯留 點，爲減少經常更換成本。止逆流閥座的硬度建議在RC62 度，而止逆流閥環建議在RC55度。3.噴嘴:(見圖)A:此噴嘴之主要特徵爲其反錐拔之噴嘴孔，此孔之功效爲將 豎澆口延長進入加熱之噴嘴內，使得噴嘴可在校低之全 溫度之下作業，並消除噴嘴後方可能産生之局部高熱以及 噴嘴之流涕現象；B:噴嘴前端口0.25

7、R可以減少塑膠在點上粘結的可能性；C:爲了減少壓力損失，不易堵塞噴嘴，建議噴嘴直徑爲 4.04.5mm；D:爲了獲得良好的溫度控制，加熱片和熱電鍋都應盡可能向 前移；E:玻纖強化尼龍因粘度大，因此噴嘴頭內徑要比一般的尼龍 使用的噴嘴頭內徑大約25%。二:設備要求1. 油壓系統: 尼龍樹脂成型時，射出量在20 OZ以下的 機器其油壓磅應具有能在兩秒鐘內將名目射出量從缸 內射入模具的能力；2. 射出壓力:A;射出系統應具有能以高達20,000psi的壓 力將尼龍射出的能力(並需控制好射出壓力的穩定性 和精確性)； B:由於強化尼龍的熔融樹脂粘度較未強化的尼龍 高，因此也需要較高的射出壓力；3.合模

8、壓力:尼龍成型合模壓力建議至少應達每平方釐米投影面積平均5頓的合模壓力。第三章 成型機的操作條件1.料管溫度、熔溫及模溫名稱料管溫度最佳熔溫模溫前段中段後段ZYTEL101L28227327129010701013NW82552452402452557070G33L2882992772822712772883101001202.射出壓力:A:尼龍所需的正常射出壓力為350-1400kg/cm2，射出壓力有時會受到模具構造的限制，有時我們也將射出壓力使用二段式周期，起始用高壓，然後再以較小的壓力來避免成型品的過度填充；B:保壓壓力通常為射出壓力的50%80%；C:玻纖強化尼龍應在比未強化尼龍的射

9、出壓力高點。3.射出率: A:對於成型品最適合的射出率要視其幾何形狀、澆口大小以及熔溫而定，如果射出率能夠快到在尼龍開始固化以前將模穴填滿，那麼成型品將可獲得更好且更均勻的表面光澤B;由於玻纖強化尼龍比未強化尼龍更快速固化的結果，因此在射出玻纖強化尼龍時應使用快速的射出速度，太慢的射出速度會造成表面不良。4.保壓時間:尼龍料的保壓時間一般為3.54.5sec/mm，最佳的保壓時間應在一定壓力之下產生最大之成型品重量的時間，最短的保壓時間大約等於澆口冷卻時間。5.背壓: A;增加背壓即增加了螺桿對於熔融樹脂所做的工作，但較高 的背壓可以使用來消除未熔的塑膠顆粒。杜邦建議使用能得到良好熔膠品質的最

10、低背壓，尼龍背壓一般為3- 10kg/cm2。 B:玻纖強化尼龍樹脂除非螺桿進料不順利，否則避免使用背 壓。因為背壓會使得螺桿多作額外的功，而使得玻纖受到 破壞，降低成型品的物性。6.螺桿轉速: A:螺桿轉速對於熔膠溫度的影響要視螺桿的設計而定。最佳 設計的螺桿其轉速的增加機乎不會影響熔溫，螺桿轉速應加以選擇以使其後退時間約等於重新補充熔融樹脂的時間的90%。 B;玻纖強化尼龍:RPM應調整使得螺桿的後退速度至少是用 來熔化樹脂所需時間75%，太快的螺桿轉速會造成玻纖的 斷裂與破壞。 C:螺桿轉速計算公式: n=Vx60x1000/D. PAV=0.4mm/s7.關機處理: A:關掉料斗進料滑

11、道，出清料斗，增加一些PE然後擠出直到 擠光為止； B:將螺桿留置於前進位置； C:高密度PE、PS、亞克力都是可以將尼龍或強化尼龍有效去 除的清除料。8.開機程度: A:將料管溫度設定於比最低加工溫度低30的溫度(噴嘴略 高，低10即可)，加熱20分鐘，然後再將加熱缸溫度提 高到操作溫度； B:使螺桿串”寸動”，如果螺桿不轉，應將時間加長一點； C:螺桿轉動後，檢查螺桿驅動馬達之負載，如果負載過大則 提高加熱缸溫度； D:增加背壓，螺桿保持於前進位置，檢查熔融樹脂有無不熔 顆粒，最後松掉背壓； E:正常成型作業所預期的狀況和周期做數次空氣射出，熔溫應加以檢查、調整以獲取所建議使用的熔溫； F

12、:開始以低壓射出(除非射出不足會干擾頂出)來做成型周 期，然後調整作業狀況來符合品質的零件。 第四章 如何獲得最佳之軔性1.使成型用塑膠粒對大氣的接觸減至最小，不使其吸收濕氣，ZYTEL101L和ZYTEL70633L成型時水分要求0.2%，1013NW8成型時水分要求0.1%以下；2. ZYTEL101L熔溫保持在288293，超過293之熔溫會阻礙最強軔性的獲得。 3:成形品之設計最大衝擊力量之部位不可有熔接線.4:將成形品充分填充以獲致最大的成形重量. 5:使螺桿後退時間等於冷卻時間的90%6:塑膠零件避免尖銳轉角,轉角可賦予以更大之R.(R=0.6T)7:減少樹脂在加熱缸停止時間.尼龍

13、在加熱缸最長的停留時間不可超過15分鐘.第五章:材料處理1:濕氣和污物對成形品之機性能及外觀都會受損,所以必須將原料尼龍乾燥至0.18%溫度以下.2:要確使尼龍樹脂容器及其內含樹脂之溫度在打開以前等於或高於作業區之溫度.3:漏斗內的樹脂供應量不應超過1H,漏斗應加蓋以減少空氣循環經過樹脂.4:不要將未使用過的成形樹脂暴露於空氣中5:須要有良好的環境清潔6:回收料之處理: A:不要回收使用變色或有氣紋的成型品或澆道. B:回收料不可受潮 C: 保持原料與回收料之比例一致,尼龍次料回收比例要求在20%以下,(但一般視零件要求而定).D:使回收料之顆粒尺寸保持一致,細渣可以用配有12或16目綱的震動

14、設備來將之與回收料分開.E:玻纖強化尼龍回收料添加比例最高為25%,回收料建議趁熱的時候馬上就打料以降低玻纖的破壞.7:干燥A:干燥時的環境相對溼度,干燥空氣的水份含量減少則干燥速率提高.B:干燥溫度:尼龍料預烘料溫度為800C/3-4h,除溼干燥機露點為-20C.D:表面與体積之比(及顆粒太小)會影響干燥速率.E:成型品所需的最後含水量通常是在0.3%以下 U第六章:模具設計1:玻纖強化尼龍要求為了得到高射出率和表面光度必須注意模穴表面磨光以及消除所有流路的阻礙.2:豎澆口表櫬套:為便於脫模豎澆道應有1-2斜度.豎澆口5.0-5.5mm,玻纖強化尼龍:7-8.5mm,櫬套:SR=噴嘴頭SR+

15、1mm.3:澆道設計:A:為使回收料盡量減少,澆道系統應盡可能精簡.B:為使模具之填充良好,樹脂流路盡可能不使壓力及熱量受到損失.C:為使各個模穴之間保持一致之狀況,盡可能使用平衡澆道系統.D:只要可能的話,應使用圓形澆道.E:圓澆道尺寸通常在3.2-9.6mm.F:梯形澆道兩邊坡度應為每邊5-15C深度應較主要底邊之75%大.G:澆口處最小流道T+1mm,自澆口處回溯每一次分流,澆道直徑增加25%4:澆口設計:A:方形澆口:高:0.5t 寬:1-2倍高 長度1mmB:圓形澆口:直徑0.5-0.6t 長度1mmC:潛伏式澆口:長隧道:角度30,短隧道:角度不重要.我們常見的澆口還有扇形澆口,薄

16、片澆口,直接澆口,針點澆口等等.5:澆口位置設計:A:應位於零件厚肉部位 B:不應位於受力點 C:不應使受力位置產生較短之熔接線處 D:須考慮排氣順利 E:應使進入模穴的熔膠衝擊於模壁或芯銷上 F:玻纖強化尼龍流動時會產生玻纖配向的現象,並且流動方向和垂直方向的收縮量不同而產生翹曲變形,故其澆口的選擇對於避免產品之翹曲相當重要.6:模具冷卻:A:模具冷卻通路應位於那些最需要熱轉移的部位 B:為使模具溫度一致,冷卻劑進入與流出時的溫差應盡可能地小.(建議控制在2-100C)7:排氣:A:熔融樹脂流動之未端應有排氣 B:熔融樹脂流動之轉彎處應有排氣 C:滑塊及頂針需有排氣 D:澆道需有排氣 E:尼

17、龍排氣槽深度為0.02mm(玻纖強化尼龍為0.05mm),寬為:3.26.4mm,長1mm再向外側深度應加深到0.80mm一直通至模外.8:死角:A:死角部分必須能自由伸張或壓縮. B:死角部分應為圓滑或弧形C:頂出裝置與塑膠成形品之接觸面積應該充分以避免剝脫動作中,頂出物貫入成形品中,或者成品薄壁之處塌陷. D:成形周期長短應予以研究以決定頂出之最佳時間 E:模具溫度的效益應予以探討 F:建議成形尼龍的死角為5%,強化尼龍死角應少于3%,死角是否可行要視壁厚,直徑及模溫不同而定.9.R角:肋骨:R典型=0.6t Rmin=0.25t 邊偶:內側 R=0.5t 外側 R=0.15t第七章:成型

18、收縮a:模具收縮(成型作業後24h內在23C之下測量絕干之成型零件)b:離模後由于冷卻而收縮.C:最終使用時的溫度及濕度1:模具收縮:模具收縮視成型條件(熔溫/模溫/射出壓力),模具設計(澆口形狀.寬.厚.零件肉厚)而定.2:離模後收縮:在熱模內成型的厚度成形品其晶性相當穩定,而在冷模內成形的薄肉成形品在成形之後會引起相當的晶化.因而導致額外的成形品收縮.離模後的收縮也會由于韌化而加速.不管零件肉厚為何,提高模溫會降低韌化收縮.亦即全面尺寸之變化變小,在模溫一定之下,成形品肉厚減小則韌化收縮加大.總合收縮(模具收縮加上韌化收縮)只微受到模溫的影響.3:尼龍吸收水份之後會使成形品的尺寸增大,尼龍

19、在飽和點以下的溫度水準.其水份皆集中靠近表面并隨著時間再度分散.4:尺寸公差:射出成形品在尺寸上可允許的變異稱為成形品的公差,維持最小公差的能力要視成形品的設計/模穴數/模具設計/所使用之射出成形系統/成形條件/以及成形者之能力而定. A:模具設計:在多孔模具,為要改善對公差的控制,各個嵌入物之間的尺寸差距應小至微不足道.B:成型條件:如果要維持精密公差的話,成型變數心順加以嚴密地控制,成型條件的變動會影響到成形品的重量及收縮.C:模具正面的溫度分佈不同的話,將會造成各個成形品間尺寸不同的現象.D:玻纖維化尼龍雖然它的收縮率比未強化的尼龍小,但是由于有纖維配向性的問題,使尺寸預測更加困難.E:玻纖強化尼龍的模收縮比未強化尼龍少50-90%.採用2個以上的澆口,可使纖維的配向性混亂,而使得收縮較平均,但是也可以由單一澆口位置的選擇以控制熔膠流向,進而控制尺寸.尼 龍 課 程 測 試 題一,填空題(共50分,每題5分) 1ZYTEL101L之成型收縮率為1.5%(T=3.2mm),1013NW8之成型收縮率為 1.21.3%. 2.玻纖維強化尼龍的模收縮比未強化尼龍少50%90% ,ZYTEL70G33L吸水率: 23/24H 為0.7% . 3.玻纖強化尼龍噴嘴頭內徑要比一般尼龍的噴嘴頭內