CN101899220A - 含纤维的树脂薄壁制品及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种注塑制品，特别涉及一种由纤维含量在20-50％之间的热塑性树脂薄壁制品以及注塑成型方法。本发明制品的壁厚在0.8-1.5mm之间，制品的一个或/和多个表面具有一层厚度在1-20微米厚之间的不含纤维的树脂表面层。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

含纤维的树脂薄壁制品及其生产方法

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20-50％之间的热塑性树脂薄壁制品以及注塑成型方法。

背景技术

在21世纪知识经济和信息时代的驱动下，薄壁塑料件在办公设备、通讯、电子、仪表、视听、医疗等领域得到了越来越广泛的应用，同时人们也对其表面光洁度、强度、翘曲度提出了更高的要求。在聚合物中加入增强纤维，如玻纤，可提高制品强度、刚性、硬度等，提高其耐热性和热变形温度，提高尺寸稳定性，降低收缩率，减少蠕变。但是，聚合物中纤维含量越高，材料的填充流动性就越低。当注塑成型薄壁制品时，需要非常高的注射压力来实现型腔填充。太高的注射压力加剧了填充过程中的剪切效应，导致纤维发生断裂和影响材料整体强度；与此同时，导致制品中的残留应力过高且不均匀，使制品的后续变形大。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，降低由高注塑压力导致的高残留应力是可行的方法。如2005年2月16日授权公开的中国专利文献，名称为《热塑性树脂注射成型法》专利号：ZL01801653.7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，具体是向含有纤维的聚合物中引入可降低熔体粘度的超临界氮气或二氧化碳等，形成聚合物材料与添加剂的混合物，并将混合物注射至模具中，形成至少10％的纤维长度在0.55mm以上的制品，根据这种纤维增强制品为发泡制品，至少一部分的壁厚小于2.5毫米，但制品表面存在发泡痕和浮纤现象。虽然通过向熔胶中添加超临界状态氮气或二氧化碳可以使熔体的流动性获得改善，但仍然存在下列问题：随着纤维的含量的增加，作用也会逐渐下降；通常，当向模具型腔中注射熔料时，模具型腔表面的温度比较低，填充熔料的过程中，与型腔表面接触的制品层被快速冷却就形成一层凝固层，使熔料填充时的通过面积减少，对于较大面积的薄壁制品来说，不但使填充时间明显增长，注塑压力增加，而且使制品内的残余应力更不均匀，出型后翘曲变形加大；在高注射压力下，增强纤维极易在制品表面形成浮纤，严重影响制品外观及喷涂作业；熔料被注入到模具型腔中后，由于热力学不稳定性，溶解的气体会析出在流峰前端发泡，流峰前端的泡孔破裂后残存的凹坑也会被较低温度的型腔表面冻结，在制品表面形成发泡痕以及影响后续表面处理。

发明内容

本发明目的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，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。

本发明目的实现包括以下技术方案：

本发明所述的含纤维的树脂薄壁制品的壁厚在0.8-1.5mm之间，制品的一个或/和多个表面具有一层厚度在1-20微米厚之间的不含纤维的树脂表面层；制品的长度：壁厚比至少为100∶1；制品是由热塑性树脂、纤维和氮气或二氧化碳气体组成，按重量百分比，热塑性树脂占49.95-79.95％、纤维占20％-50％，其余为氮气或二氧化碳气体；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、聚醚酮中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；

本发明产品的生产方法包括下列步骤：

1)将含有20-50％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；

2)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与含纤维的热塑性树脂熔体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；

3)将形成制品的一个或多个模具型腔表面温度升高至100℃-300℃之间的一个温度；

4)将步骤2)准备的均匀混合物按预定量注射到模具型腔中；

5)在注射完成后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60℃-100℃之间的一个温度；

6)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。

附图说明

图1本发明产品示意图；

图2图1剖视图；

图3本发明生产方法流程框图。

具体实施方式

如附图2示，其中的标号分别表示：1-外观表面、2-无纤维树脂层、3-含纤维和微孔结构芯层、4-纤维、5-微孔；

实施例1

以本发明产品中的一种14″笔记本电脑A面外壳，尺寸为241mm×333mm，壁厚为1毫米，原材料为金发科技股份有限公司的耐热尼龙，含50％的植物纤维。在形成外观面1的型腔模具中布置电加热管，和冷却水道，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；浇口设置在背面的中心；形成外观面的芯腔模具也可采用这种方式布置电加热管进行加热和冷却水道进行冷却。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60mm；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。

生产过程如下：

先将PA10T材料加热到320℃塑化混合，然后将重量百分比为0.2％的氮气计量注入到熔胶中，保持机筒中压力在10MPa左右，使氮气与熔胶以及纤维混合形成均匀混合物，其中氮气与尼龙树脂形成单相溶液；在注射混合物之前，将预埋在模具中的电加热管通电，使型腔和/或芯腔表面的温度升高到250℃，通过预埋在电加热管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，注射时胶压设定为50MPa；注射完毕后，立即向模具的冷却通道中通入冷却水，使模具型腔表面/芯腔表面温度下降到90℃，然后开模取件。制品的外观表面1光亮，无发泡痕，无纤维外露；制品的尺寸复合设计要求，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5微米厚的无纤维树脂层2，而在含有纤维和微孔芯层3有大量的直径在30微米以下的泡孔，如附图2所示结构。

实施例2

与实施例1的不同之处是，仅在向型腔中注射混合完毕后，进一步保持型腔压力内压力10MPa 5秒，卸除保压压力并同时向模具的冷却通道中通入冷却水，使模具型腔表面/芯腔表面温度下降到90℃，然后开模取件。制品的外观表面1光亮，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10微米厚的无纤维树脂层2，芯层3中含有纤维但无泡孔。

在本实施例中，型腔内的树脂的不发泡压力通过保持模具型腔表面/芯腔表面温度在250℃直至树脂凝固，期间通过不断提高保压压力直至制品中不存在发泡现象；其原因是，在一定的压力下，氮气会完全溶解在树脂中，而非以气泡形态存在，当树脂温度降低到软化温度以下时，气体无法产生足够发泡压力形成泡孔。根据这种方法，发现不发泡压力为6MPa，从而设定保压压力为8MPa。根据本发明的方法，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100-300℃之间的一个温度，这样在填充型腔的过程中，型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，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，可以将对表面无纤维树脂层厚度控制在1-20微米范围之内。

实施例3

与实施例1不同之处是改变了注入的氮气量为0.1％，模具型腔表面加热温度为200℃，注射时熔胶的压力设定为60MPa。所得制品的外观表面1光亮，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1表层有一层约10微米厚的无纤维树脂层2，而在含有纤维和微孔芯层3有大量的直径在10-30微米的泡孔。成型周期比实施例1也缩短了5秒。

实施例4

与实施例1和2相同是，制品为14″笔记本电脑的外壳A板，面积相同，不同的是，制品的壁厚为1.5毫米；同时将树脂原材料改为ABS+PC合金，增强纤维为玻璃纤维，含量为20％；模具的加热采用高温高压蒸汽，用冷却水冷却，加热蒸汽通道和冷却水通道是同一通道。在实施中，氮气注入量为0.5％，机筒内压力为13MPa。而注射前，型腔表面温度被升高到130℃，注射熔胶压力设定为60MPa，注胶完毕后1秒内向模具冷却通道内切换成冷却开始冷却，冷却到75℃开模取件。所得制品的外观表面1光亮，无发泡痕，无纤维外露；制品的尺寸复合设计要求，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微米厚的无纤维树脂层2，而在含有纤维和微孔芯层3有大量的直径在50微米左右的泡孔。

虽然以上已经参照附图对按照本发明目的的构思和实施例作了详尽说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，而这种改进和变换仍然应当属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种含纤维的树脂薄壁制品，其特征是，制品的壁厚在0.81.5mm之间，制品的一个或/和多个表面具有一层厚度在1-20微米厚之间的不含纤维的树脂表面层。

2.根据权利要求1所述的含纤维的树脂薄壁制品，其特征是，制品长度∶壁厚比至少为100∶1。

3.根据权利要求1所述的含纤维的树脂薄壁制品，其特征是，由热塑性树脂、纤维和氮气或二氧化碳气体组成，按重量百分比，热塑性树脂占49.95-79.95％、纤维占20％-50％，其余为氮气或二氧化碳气体。

4.根据权利要求3所述的含纤维的树脂薄壁制品，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、聚醚酮中的一种或两种以上的混合物。

5.根据权利要求3所述的含纤维的树脂薄壁制品，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1所述的含纤维的树脂薄壁制品的生产方法，其特征是，包括下列步骤：

1)将含有20-50％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；

2)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与含纤维的热塑性树脂熔体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；

3)将形成制品的一个或多个模具型腔表面温度升高至100℃-300℃之间的一个温度；

4)将步骤2)准备的均匀混合物按预定量注射到模具型腔中；

5)在注射完成后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60℃100℃之间的一个温度；

6)开模取件。

Images