CN101712789A - 一种纤维增强注塑制品及其注塑成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种注塑制品，特别涉及一种由纤维含量在10-30％之间的热塑性树脂薄壁制品以及注塑成型方法。本发明为制品的壁厚在1.5-2.5mm之间，制品的一个或/和多个表面具有一层厚度在5-15微米厚之间的不含纤维的树脂表面层；制品由热塑性树脂、纤维和氮气或二氧化碳气体组成，按重量比计算，其中，热塑性树脂的含量在69.95-9.95％之间、纤维含量在10％-30％之间，其余为氮气或二氧化碳气体。本发明的优点是，采用超临界氮气或二氧化碳做为增塑剂，并通过在注射之前升高模具型腔表面温度进一步提高流动性，而在注射完毕之后冷却模具型腔表面到较低温度，从而获得更轻更薄的制品，而且制品具有良好的表观质量，强度高，尺寸稳定性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种注塑制品，特别涉及一种由纤维含量在10-30％之间的热塑性树脂薄壁制品以及注塑成型方法。
背景技术
热塑性塑料制品在各个领域，特别是在汽车、电子/电器、办公设备、医疗等等领域已经获得了越来越广泛的应用。随之而来的，客户希望制品越来越轻薄的同时，对表观质量、尺寸精度和稳定性要求也越来越高。在热塑性树脂中加入一定量的纤维，如玻纤，植物纤维等，可以提高制品强度、其耐热性和热变形温度、降低收缩率等，这样在达到同等强度的情况下，可将制品的壁厚减小，从而减少热塑性树脂的用量，以及减轻制品的质量。但是，含有纤维的热塑性树脂材料在注射填充型腔的流动性降低了，注塑成型时存在填充不足、纤维外露、翘曲变形大以及后续处理困难等问题。由于这些问题，纤维增强热塑性塑料制品在薄壁制品的开发上受到限制。在超临界状态(氮气：温度高于-147℃和压力高于3.4MPa；二氧化碳：温度高于31℃和压力高于7.1MPa)熔融树脂中可以完全溶解一定量的氮气或二氧化碳，使熔融树脂的流动性提高，如2005年2月16日授权的专利ZL01801653.7《热塑性树脂注射成型法》中公开了一种热塑性树脂的注射成型方法，具体是将可充分提高流动性量的二氧化碳溶解在熔融聚合物中，由此大幅提高熔融聚合物的流动性，同时得到成型品，根据该专利方法所制得的制品为不发泡制品，但制品的表面质量不适合外观要求高的制品；又例如2008年9月18日公开的美国专利申请US2008/0226892A1中公开了一种使用超临界流体添加剂降低聚合物粘度，以减少在注射过程中对增强纤维形成的破坏的方法，但是这种纤维增强制品表面存在发泡痕和浮纤现象。而纯粹的提高模具成型温度，则会导致成型周期过长，以及脱模后的热收缩不均衡导致变形和翘曲等问题。
发明内容
本发明是根据上述现有技术的不足以及存在的问题，采用超临界氮气或二氧化碳做为增塑剂，并通过在注射之前升高模具型腔表面温度进一步提高流动性，而在注射完毕之后冷却模具型腔表面到较低温度开模取件，从而获得更轻更薄的制品，而且制品具有良好的表观质量，强度高，尺寸稳定性高。
本发明所述的一种纤维增强注塑制品，制品的壁厚在1.5mm-2.5mm之间，制品的一个或/和多个表面具有一层厚度在5微米-15微米厚之间的不含纤维的树脂表面层3；制品由热塑性树脂、纤维和氮气或二氧化碳气体组成，按重量比计算，其中，热塑性树脂的含量在69.95-89.95％之间、纤维2含量在10％-30％之间，其余为氮气或二氧化碳气体，芯部含有气泡；所述的热塑性树脂包括：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、丙烯酸树脂、苯乙烯树脂、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸酯、聚苯撑醚、改性聚苯撑醚树脂、全芳族聚酯、聚缩醛树脂、聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚酰胺系树脂、聚砜、聚醚醚酮、聚醚酮等热塑性塑料材料的一种或两种以上的混合物；所述的纤维是玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、晶须、植物纤维中的一种或两种以上的混合物；
所述的一种纤维增强注塑制品的注塑成型方法，包括下列步骤：
a、将含有10-30％纤维的树脂颗粒加热塑化，或将等量的纤维直接加入到熔融的热塑性树脂中，混合形成含纤维的热塑性树脂熔体；
b、按重量百分比在0.05-1％之间的一个值向含纤维的热塑性树脂熔体中注入氮气或二氧化碳，并在所加入的氮气或二氧化碳的一个超临界状态，混合形成均匀混合物，其中氮气或二氧化碳与熔融热塑性树脂形成单相溶液；
C、将形成制品的一个或多个模具型腔表面温度升高至90-200℃之间的一个温度；
将步骤b)准备的均匀混合物按预定量注射到模具型腔中；
e、在注射完成后不超过3秒的时间内，通过向模具冷却通道中引入冷却介质，将模具型腔表面温度降低到40-90℃之间的一个温度；
f、开模取件。
本发明的优点是，采用超临界氮气或二氧化碳做为增塑剂，并通过在注射之前升高模具型腔表面温度以实现进一步提高注塑材料的流动性，而在注射完毕之后冷却模具型腔表面到较低温度开模取件，从而获得更轻更薄的制品，而且制品具有良好的表观质量，强度高，尺寸稳定性高。
附图说明
图1为本发明产品中的一种47″LCD电视机前面壳；
图2为1所示前面壳的A-A剖面结构；
图3本发明的成型方法流程框图。
具体实施方式
实施例1
附图中的标号分别表示：1-外观表面、2-纤维、3-不含纤维的树脂表面层、4-气泡；
一种42″LCD电视机前面壳，1035×640mm，壁厚为2.4毫米，树脂原料为ABS/PMMA料，含30％的玻璃纤维。在形成外观面1的型腔模具中布置通道，供蒸汽或冷却水通过，以实现快速加热和冷却型腔表面，而且对形成外观表面的型腔表面进行抛光处理，以形成镜面效果；采用八点进胶；而形成非外观面的芯腔模具采用80℃热水冷却。注塑机采用海天注塑机，塑化系统按照2009年2月4日授权的专利ZL200820057051.8所揭示的塑化装置，螺杆直径为85mm；采用超临界氮气做为增塑剂和发泡剂，注入计量装置采用2007年11月28日授权专利ZL200620049021.3揭示的发泡剂流量控制系统。
实施过程如下：
先将上述含玻纤ABS+PMMA塑胶粒子加热塑化，然后将重量百分比为0.4％的氮气计量注入到熔胶中，保持机筒中压力在13MPa左右，使氮气与熔胶以及纤维混合形成均匀混合物，其中氮气与树脂形成单相溶液；在注射混合物之前，向形成非外观面的芯腔模具中的冷却通道通入80℃的热水，形成外观面的型腔模具的通道中通入180℃蒸汽，使型腔表面温度快速上升到140℃，并通过预埋在蒸汽通道和型腔表面之间的一个或多个热电偶检测和反馈。当温度到达设定温度时，开始向型腔中注入定量混合物，注射时胶压设为70MPa；注射完毕后，开始向型腔模具的冷却通道中通入25℃以下冷却水，使模具型腔表面温度下降到80℃，然后开模取件。制品的外观表面1光亮，无发泡痕，无熔接痕，无纤维外露；制品的尺寸符合设计要求，翘曲变形小；将制品剖开，在100倍的显微镜下，可观测到外观面1表层有一层约10微米厚的不含纤维的树脂层3，而在芯部有大量的直径在30微米以下的气泡4，以及纤维2。根据这种方法，在注射填充均匀混合物前，将成型外观表面1的型腔表面和/或芯腔表面升高到90-200℃之间的一个温度，这样在填充型腔的过程中，型腔和芯腔表面的温度会被均匀混合物带来的热量进一步升高，这样一方面使填充路径的畅通和注射压力的有效传递，实现长距离低应力填充，另一方面在注射压力的作用下热塑性树脂更容易向型腔表面移动，在靠近型腔表面形成一层纯树脂层3，既可避免制成品表面纤维外露的问题，又可将流峰发泡后形成的表面凹坑或拖曳痕消除掉，还可以减轻或消除多浇口工艺所形成的熔接痕。通过匹配模具型腔表面温度和注射压力，可以将对表面不含纤维的树脂层3厚度控制在5-15微米范围之内。
实施例2
与实施例1不同的是改变了注入的氮气量为0.1％，注射时熔胶的压力设定为80MPa，混合物填充完毕后，立即向型腔模具的冷却通道中接入25℃以下冷却水，使模具型腔表面表面温度下降到80℃，然后开模取件。所得制品的外观表面1光亮，无发泡痕，无熔接痕，无纤维外露；制品的尺寸符合设计要求，翘曲变形小；将制品剖开，在100倍的显微镜下，可观测到外观面表层有一层约15微米厚的不含纤维的树脂层3，而在芯部有大量的直径在30微米以下的气泡4以及纤维2。
实施例3
再例如，本发明制品之一的制品：汽车门板下部的地图袋，600mm×130mm，壁厚为2mm，所用原材料为聚丙烯(PP)+15％玻璃纤维。成型外观表面的型腔模具中开设通道供蒸汽或冷却水通过，成型外观表面的型腔表面进行蚀纹处理；而模具的其他部分则采用50℃的热水进行冷却。在实施中，氮气注入量为0.7％，机筒内压力为15MPa。而注射前，形成外观面的型腔模具中通入180℃的蒸汽，型腔表面温度被快速升高到100℃，注射熔胶压力设定为50MPa，注胶完毕后开始向型腔模具的冷却通道中接入25℃以下冷却水，使模具型腔表面表面温度下降到50℃，开模取件。所得制品的外观表面皮文复制完全，无发泡痕，无纤维外露；制品的尺寸符合设计要求，翘曲变形小；将制品剖开，在100倍的显微镜下，可观测到外观面表层有一层约15微米厚的不含纤维的树脂层，而在芯部有大量的直径在50微米左右的气泡。
Claims (6)
1.一种纤维增强注塑制品，其特征是，制品的壁厚在1.5mm-5mm之间，制品的一个或/和多个表面具有一层厚度在1.5-2.5mm微米厚之间的不含纤维的树脂表面层(3)。
2.根据权利要求1所述的一种纤维增强注塑制品，其特征是，由热塑性树脂、纤维和氮气或二氧化碳气体组成，按重量比，其中，热塑性树脂的含量在69.95-89.95％之间、纤维(2)含量在10％-30％之间，其余为氮气或二氧化碳气体。
3.根据权利要求2所述的一种纤维增强注塑制品，其特征是，芯部含有气泡(4)。
4.根据权利要求2所述的一种纤维增强注塑制品，其特征是，所述的热塑性树脂包括：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、丙烯酸树脂、苯乙烯树脂、丙烯腈苯乙烯丁二烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸酯、聚苯撑醚、改性聚苯撑醚树脂、全芳族聚酯、聚缩醛树脂、聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚酰胺系树脂、聚砜、聚醚醚酮、聚醚酮等热塑性塑料材料的一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求2所述的一种纤维增强注塑制品，其特征是，所述的纤维是玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、晶须、植物纤维中的一种或两种以上的混合物。
6.根据权利要求2所述的一种纤维增强注塑制品的注塑成型方法，其特征是，包括下列步骤：
a、将含有10-30％纤维的树脂颗粒加热塑化，或将等量的纤维直接加入到熔融的热塑性树脂中，混合形成含纤维的热塑性树脂熔体；
b、按重量百分比在0.05-1％之间的一个值向含纤维的热塑性树脂熔体中注入氮气或二氧化碳，并在所加入的氮气或二氧化碳的一个超临界状态，混合形成均匀混合物，其中氮气或二氧化碳与熔融热塑性树脂形成单相溶液；
C、将形成制品的一个或多个模具型腔表面温度升高至90-200℃之间的一个温度；
d、将步骤b)准备的均匀混合物按预定量注射到模具型腔中；
e、在注射完成后不超过3秒的时间内，通过向模具冷却通道中引入冷却介质，将模具型腔表面温度降低到40-90℃之间的一个温度；
f、开模取件。
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