CN101579910A - 一种改善注射成型过程聚合物填充性能的方法及注射件模具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于改善注射成型过程中聚合物填充性能的方法，以及实现这一方法的注射件成型模具，本发明在注射件成型模具定模侧含有流道部分的模具板上设计安置超声波发射探头的探头腔，超声波探头通过在节面上加工的盘面固定在模具板上，并配以密封垫圈密封，超声波探头的形状与探头腔形状相配，超声波探头的端部加工成流道的一部分，通过超声波探头发射出的超声波，对流经模具流道的聚合物熔融体施加超声波振动，实现改善聚合物填充性能。所施加的超声波振动频率为10～45KHz，功率为50～2000W。本发明可以促使聚合物分子链解缠等，使熔体黏度下降，从而改善注射成型过程中聚合物的填充性能，并大大减少注射压力和注射速度的损失。

Description

一种改善注射成型过程聚合物填充性能的方法及注射件模具

技术领域

本发明涉及聚合物加工领域，更具体的说涉及一种改善注射成型过程聚合物填充性能的方法及注射件模具。

背景技术

聚合物注射成型技术是加工聚合物制件低成本、高效率的加工方法，是目前生产聚合物产品最主要的方法，广泛应用于家用电器、电子通信、医药器材和汽车等众多行业中塑料制件的生产。聚合物良好的填充性能是快速高效地成型质量良好的产品的关键。

聚合物的填充性能主要受材料种类、模具结构和加工工艺参数等因素影响。

当塑料产品是薄壁件，或本身质量很小，或产品上具有微细结构时，如：液晶显示屏的导光板、微型塑料齿轮和医药芯片等，在常规的注射成型条件下，由于聚合物的填充性能有限，往往难以将型腔充满，微结构和微制件也难以准确成型。此外，对于部分熔融黏度较高导致填充性能不好的聚合物，如：聚碳酸酯、聚氯乙烯等，难以通过注射成型的方法成型它们小型复杂零件。

为了改善聚合物的填充性能，以便发挥注射成型技术的优势，目前的主要途径有：(1)对聚合物进行改性；(2)提高熔体注射温度；(3)提高模具温度等。通过途径(1)改善聚合物的填充性能效果好，特别是对于部分难以通过注射成型加工的聚合物，如聚四氟乙烯，但聚合物改性的工艺复杂，不但大幅提高了聚合物的加工成本，而且会影响聚合物本身的性质；途径(2)可一定程度上降低聚合物熔体的黏度，改善填充性能，但过高的熔体注射温度不但难以控制，而且容易导致聚合物降解或产品飞边等问题出现；途径(3)虽然也可方便的改善聚合物的填充性能，但高模温延长了产品的生产周期，降低了生产效率。研究既能有效地改善聚合物的填充性能，又不影响制品的成型工艺条件，同时成本增加较少，具有重要的理论意义和实用价值。

发明内容

本发明的目的是提出一种在不改变聚合物注射成型工艺，有效改善聚合物填充性能的方法，同时提供实现该方法的聚合物注射件成型模具。

本发明是通过直接对流经模具流道内的聚合物熔体施加超声波振动，促使熔体跟随超声波探头振动并产生空穴效应等物理或化学变化，降低熔体粘度，从而改善聚合物的填充性能。

实现本发明的技术方案如下：

通过超声波探头对流道内的聚合物熔体施加超声波振动，即由安装在定模上的探头腔内超声波探头发射的超声波直接对由注射机塑化后注射进入流道的聚合物熔体施加超声波振动。所施加的超声波振动，其频率为10～45KHz，功率为50～2000W。对注射件的聚合物熔体施加超声波振动，包括了聚合物熔体在流道内流动的所有过程，通常是在注射前0.5～10秒启动超声振动系统，使探头发射超声波，在聚合物熔体在流道内停止流动后0～2秒关闭超声振动系统。对注射件的聚合物熔体实施超声振动的时间，与注射件的注射时间和保压时间等时间有关，即与熔体的温度和黏度、注射的压力、流道截面积大小和注射件的尺寸有关。熔体的温度一般为150～260℃，注射压力通常为30～600Mpa，熔体的黏度越高，流道横截面积越小，注射件的尺寸越大，则注射时间越长。实施超声波振动的时间不应少于0.5秒，最好为0.5～40秒。

本发明的上述方法可通过本发明提供的聚合物注射件成型模具来实现。本发明所揭示的注射件成型模具结构为，在注射件成型模具定模侧含有流道部分的模具板上设计有安装超声波探头的探头腔，超声波探头通过在节面上加工的盘面固定在模具板上，并配以密封垫圈密封。超声波探头的形状与探头腔形状相配，超声波探头的端部加工成流道的一部分，即在超声波探头的端面加工出部分流道截面形状的端面孔或在探头上加工出流道孔，超声波探头与探头腔装配后构成完整的浇注系统。

对于连续作业生产，为了使超声波探头的温度不至于超过允许的工作温度，可将探头腔上部设计成可使冷却介质冲入到探头周围的探头腔，即探头腔设计成探头周围有足够的空间供冷却介质冲入。冷却介质最好为液体冷却介质。为使冷却介质保持足够的冷却效率，冷却介质应循环使用，为此，探头腔设计有冷却介质进出的通道。

本发明具有以下优点：

1.通过对聚合物熔体直接施加超声波，可降低聚合物熔体的黏度，改善其填充性能。

2.该技术根据不同的浇注系统将超声波探头加工成流道的一部分，增大了超声波探头与聚合物熔体的接触面积，大大减少注射压力和注射速度的损失。

3.该技术只需要对模具进行稍加改进即可安装超声振动装置，就可以用来改善聚合物的填充性能，拓展注射成型工艺的使用范围，成本较低而且操作简单易行、安全可靠。

4.该技术在较宽广的加工工艺条件下都可以改善聚合物熔体的填充性能和流动性能，不需要特定的加工工艺条件。

附图说明

下面将结合附图及实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1为超声装置在注塑机上的安装结构示意图；

图2为超声波探头在模具探头腔中的安装示意图；

图3A、图3B为圆形流道对应的超声波探头；

图3C为梯形流道对应的超声波探头。

具体实施方式

在以下各实施例中，注射件成型模具1安装在注射机5上，在注射件成型模具定模侧含有流道9部分的模具板8上设计有安置超声波探头2的探头腔7，超声波探头通过在节面上加工的盘面固定在模板上，并配以密封垫圈6密封，探头腔内充有冷却介质。超声波探头的形状与探头腔形状相配，超声波探头的端部加工成流道的一部分，即在超声波探头的端面加工出部分流道截面形状的端面孔或在探头上加工出流道孔，超声波探头与探头腔装配后构成完整的浇注系统，如图3A和3B为圆形流道对应的超声波探头，图3C为梯形流道对应的超声波探头。工作时，超声波发生器4产生的高频电压通过换能器3转化为机械振动，然后通过超声波探头对流道9内的聚合物熔体施加超声波振动。

以下是通过实施例对本发明进行的具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，任何不超出本发明宗旨和权利要求的发明创造，均在本发明的保护之内。

实施例1  聚丙烯(PP)注射件注射成型，注射件体积445×40×2.5mm³，熔体温度为260℃。当PP的熔体流动指数(MFI)为6g/10min时，充模过程无法进行；注射过程施加频率约20KHz，功率为500W的超声波振动时，充模过程顺利进行。

实施例2  聚丙烯(PP)注射件注射成型，注射件体积445×40×2.5mm³，熔体温度260±10℃，模具温度40±10℃，注射压力和保压压力100±10MPa，注射时间8秒，在注射过程中施加频率20KHz，功率500W的超声波振动，施加时间为15秒。测试表明，施加超声波振动后PP注射件长度由400mm增加到440mm，质量由29g增加到33.5g。

实施例3  聚碳酸酯(PC)注射件注射成型，注射件厚度1.3±0.5mm，熔体流动指数(MFI)为39g/10min，熔体温度320±10℃，模具温度50±10℃，注射压力和保压压力100±10MPa，注射时间20秒。在注射过程中施加频率15KHz，功率700W的超声波振动，施加时间为20±1秒。测试表明，施加超声波振动后PC注射件的充模量由30％上升到80％。

Claims (6)

1.一种改善注射成型过程聚合物填充性能的方法，其特征在于：由安装在定模上的探头腔内超声波探头发射的超声波直接对由注射机塑化后注射进入流道的聚合物熔体施加超声波振动，所施加的超声波振动，其频率为10～45KHz，功率为50～2000W，对注射件的聚合物熔体施加超声波振动，包括了聚合物熔体在流道中流动的所有过程，在注射前0.5～10秒启动超声振动系统，使探头发射超声波，在聚合物熔体在流道内停止流动后0～2秒关闭超声振动系统。

2.根据权利要求1所述的改善注射成型过程聚合物填充性能的方法，其特征在于：所述的施加超声波振动的时间不应少于0.5秒，最好为0.5～40秒。

3.一种用于实现权利要求1所述改善注射成型过程聚合物填充性能的方法的注射件模具，其特征在于：在注射件成型模具定模侧含有流道部分的模具板上设计有安置超声波发射探头的探头腔，超声波探头通过在节面上加工的盘面固定在模具板上，并配以密封垫圈密封，超声波探头的形状与探头腔形状相配，超声波探头的端部加工成流道的一部分，即在超声波探头的端面加工出部分流道截面形状的端面孔或在探头上加工出流道孔，超声波探头与探头腔装配后构成完整的浇注系统。

4.根据权利要求3所述的注射件模具，其特征在于：所述的超声波探头的端面孔或流道孔形状为半圆形或圆形，或其他与浇注系统相匹配的形状。

5.根据权利要求3或4所述的注射件模具，其特征在于：所述的浇注系统包括热流道浇注系统和普通流道浇注系统，以及其他形式的注射成型模具流道浇注系统。

6.根据权利要求5所述的注射件模具，其特征在于：所述探头腔的探头周围充入冷却介质。

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