所謂的“冷/熱模注塑成型”技術,是一種可在注塑成型塑膠周期內,使模腔表面溫度實現冷熱循環的工藝。其特點是:在注射前,先加熱模腔,使其表面溫度達到加工材料的玻璃化轉變溫度(Tg)以上;當模腔填滿後,迅速冷卻模具,以使制件在脫模前完全冷卻。 這種冷/熱模注塑成型工藝可以大幅度地改善注塑制品的外觀質量,而且可以省去某些二次加工(如旨在掩蓋表面缺陷的底漆和磨砂處理)過程,從而降低整體生產成本。在某些情況下,甚至還可以省去上漆或粉末塗布工藝。

 

  在那些對表面光澤度有較高要求的應用中,冷/熱模注塑成型工藝還允許使用玻纖增強材料。該工藝的其他優勢還包括:降低注塑內應力、減少甚至消除噴射痕和可見的熔接線,以及增強樹脂的流動性,從而生產出薄壁產品等。 通常情況下,冷/熱模注塑成型工藝適用於所有的傳統注塑機。但是,如果希望模具表面得到快速加熱或冷卻,還需要配合使用特定的輔助系統,目前常用的輔助系統是高溫熱水系統和高溫蒸汽系統。這些輔助系統中的蒸汽,要麼來自外部鍋爐,要麼由其自身的控制設備產生。

 

  為了實現有效的工藝控制,模具必須配備熱電偶,並且熱電偶最好被安置在靠近模腔表面的位置,以便監控溫度。為了確保工藝的穩定性,注塑模具、注塑機和冷/熱控制器還必須集成在一起。沙伯基礎創新塑料在該工藝的生產體系中配備了一台控制設備,以將各個要素有效地集成在一起。 在該工藝的開始階段,利用在模內循環的蒸汽或高溫熱水來加熱模腔表面,使其溫度達到高於被加工樹脂的玻璃化轉變溫度10~30℃的水平。一旦模腔表面達到這一溫度值,系統便向注塑機發出信號,以將塑料注射到模腔中。當模腔被填滿(注射階段完成)後,冷水開始在模具中循環流動,以快速帶走熱量,從而使注塑部件在脫模前完全冷卻。利用一個閥站,即可方便地實現從蒸汽或高溫熱水到冷水的切換,反之亦然。當部件冷卻後,模具打開,部件被頂出,然後重復上述過程。

 

  工藝優化:模具的設計和構造 冷/熱模注塑成型技術的循環周期除了取決於所加工的材料外,模具的設計和構造對其則有極大的影響。

 

  一般,加熱模具所需的時間取決於模具用鋼的總量,因此盡量減少所要加熱和冷卻的鋼材量非常重要。為了做到這一點,最好是將模腔和模芯嵌入到模板中,而不是穿過模板。為了減小熱損失並提高效率,還應在任何可能的條件下,利用氣隙和隔熱材料,將這些嵌入件與模腔和模芯固定板隔開。 除了盡可能地減少必須進行冷/熱循環的鋼的用量外,還應考慮使用具有高導熱性的金屬,如鈹銅合金或其他具有良好導熱性的合金來制作模具。這些金屬有助於縮短加熱/冷卻模腔表面所需的時間。此外,在模腔表面附近布置水路管線也可以加快響應速度。然而,多數情況下,制品的幾何形狀不允許這樣做。塑膠瓶盡管如此,共形冷卻方法卻極適合這種工藝,這是因為,其管線的布置可以與部件表面形狀保持一致。因此,共形冷卻方法可以極大地縮短最重要位置(即模腔表面)的熱響應時間。

 

  就共形冷卻技術而言,它往往涉及到注塑模的制造,或者更確切地說是鑲嵌塊的制造。一般,通過優化冷卻道的設置,可以優化冷卻效率,縮短生產周期。而傳統的冷卻方法很難做到這一點,因為一般制品的形狀都很復雜,且常規的冷卻通道只能被鑽成直線形。 目前,有多種模具制造技術可實現共形冷卻,如激光燒結和直接金屬沉積法。

 

  該工藝有助於改善半晶態和非晶態樹脂制品的外觀,特別是對於非晶態樹脂尤為明顯。在注射階段,當模具表面溫度超過非晶態樹脂的玻璃化轉變溫度時,表層材料即使接觸到模具表面,也不會出現傳統注塑生產中常見的冷凝現像,從而確保了聚合物在注射階段能夠自由流動。隨著模腔的填滿以及模腔內壓力的增大,樹脂被迫流出,這有助於模腔表面的完美復制,並提高制品的表面光澤度。 對於填充型材料,被迫流出的樹脂在制品外表面上形成聚合物薄層,它可將填料(玻璃纖維、碳纖維或礦物質等)包覆起來,從而提高了制品的光澤度並降低了表面粗糙度。研究表明,這種方法可使光澤度提高50%~90%以上。總之,冷/熱模注塑成型工藝對於改善制品的表面粗糙度是非常有利的,它可使玻纖增強材料制品的表面粗糙度得到70%的改善。即使是無填充材料制品,其表面粗糙度也可獲得20%以上的改善。 減少可見的熔接線、射流和流痕 冷/熱模注塑成型技術有利於改善熔接線的深度和可視塑膠袋程度。利用一個測試模具,沙伯基礎創新塑料分別采用冷/熱模注塑成型技術和傳統的注塑工藝分別加工了3種不同的材料。使用傳統注塑技術生產的部件,其表面熔接線的深度介於6~13μm之間,而在采用冷/熱模注塑成型工藝生產的部件上,完全看不到熔接線,因此也無從測量其深度。這一突破性的改進意味著對某些產品的塗裝作業可以省去。 減小內應力 內應力通常是導致產品翹曲變形的主要原因之一,在某些情況下,它還有可能縮短部件的使用壽命。一般,采用傳統方法注塑成型的部件具有較高的內應力,此時如果應用四氯化碳(CCl4)這種廣為熟知的應力開裂促進劑作溶劑進行試驗,就會導致部件的開裂。而采用冷/熱模技術注塑成型的制件由於具有較低的內應力,因此即使采用了CCl4溶劑,也不會導致部件的開裂。顯然,采用冷/熱模技術注塑成型的部件在使用前可取消退火處理。 冷/熱模注塑成型技術的首次應用是生產汽車車頂的行李支架,該產品被用來替代原來的金屬制件。

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