專利名稱:改善聚合物注射制品熔接痕力學性能的方法
技術領域:
本發(fā)明涉及聚合物制品注射成型加工技術領域,特別是涉及一種改善聚合物注射成型制品熔接痕處的力學性能的方法。
二
背景技術:
聚合物注射成型過程中,由于制品結構和成型過程的復雜性而容易產生各種成型 缺陷,其中熔接痕是最為廣泛存在于制品中的缺陷。通常的情況,熔接痕的存在不僅影響聚 合物注射制品的外觀,更為顯著的是降低制品的力學性能,尤其是聚合物填料體系和聚合 物共混體系,力學性能的降低更為突出。聚合物注射制品在制備過程中常見的產生熔接痕 的方式有兩種,一種是流經兩個或兩個以上澆口的熔體前沿相遇而形成;另一種是由于模 具型腔中存在孔或嵌件使熔體先分開再匯合,導致熔體前沿的相遇而產生。聚合物制品在 熔體注射成型充模階段,熔體前沿的相互碰撞產生了垂直熔體流動方向的取向(分子鏈、 填料或分散相);在冷卻階段,由于冷卻速度快無法充分的纏繞、擴散、解取向,進而形成弱 連接,同時由于排氣不暢最終導致表面V型槽的產生。目前改善熔接痕力學性能的方法主要集中在以下三方面。第一個方面是通過有限 元分析對制品和模具進行合理的設計,以及對成型工藝條件進行優(yōu)化;第二個方面是改善 分子鏈、填料或分散相在熔接痕區(qū)域的擴散程度,例如在熔接痕區(qū)域施加超聲振動;第三個 方面是改變熔體在模具型腔中的流動場,使熔接痕區(qū)域的熔體流動發(fā)生變化,例如控制進 澆時間和進澆量,采用推拉式注射或動態(tài)保壓注射,在模具中附加改變熔體剪切流動的裝 置等。在上述改善熔接痕力學性能的方法中,方法1對熔接痕力學性能的提高程度有限,方 法2和3則對模具和成型設備提出了更高要求進而增加了成本。因此,提出一種操作簡單易 行且成本較低的改善聚合物注射制品熔接痕力學性能的方法具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
三
發(fā)明內容
針對改善聚合物注射制品熔接痕力學性能的技術現(xiàn)狀,本發(fā)明的首要目的是提供 一種操作簡單易行且成本較低的改善聚合物注射制品熔接痕力學性能的新方法,本發(fā)明的 另一目的是為了使聚合物注射成型制品或制品局部具有特殊功能性或具有裝飾性。本發(fā)明的基本思想是通過在形成制品熔接痕區(qū)域的注塑成型模具型腔模壁上設 置保溫層,一方面利用保溫層熱傳導率比模具本體金屬低,降低了聚合物注射熔體的冷卻 速度,使纏繞、擴散、解取向更容易,進而改善聚合物注射制品熔接痕的力學性能;另一方面 在注射成型時,熔體相對于保溫層和金屬模壁的流動剪切差異顯著,導致熔體流動方式變 化,熔體前沿的相遇方式改變,從而改善注射制品熔接痕的力學性能。本發(fā)明以如下技術方案實現(xiàn)本發(fā)明公開的改善聚合物注射制品熔接痕力學性能的方法,是在形成制品熔接痕 區(qū)域的注塑成型模具型腔模壁上設置保溫層,保溫層的寬度在熔接痕痕寬方向能夠包覆熔 接痕,保溫層的材質為熱傳導率低于模具本體金屬材質的非金屬材料。作為保溫層的非金屬材料,可以是高分子聚合物,也可以是非高分子聚合物,如木材、玻璃棉板等,優(yōu)選高分子聚合物;在高分子聚合物中,可以與注射成型制品聚合物相同,也可以與注射成型制品聚合 物不相同,優(yōu)選與注射成型制品聚合物相同。在上述技術方案中,聚合物保溫層通常采用聚合物薄膜,也可以是片材、板材或其 它形狀的制件代替,優(yōu)先采用聚合物薄膜。當聚合物保溫層采用聚合物薄膜時,聚合物薄膜 上可設計裝飾性的圖案或花紋,即聚合物薄膜為裝飾性薄膜。聚合物薄膜還可選用具有抗 紫外光老化功能、具有光學性能等特殊功能的薄膜。對于聚合物薄膜保溫層,為了降低熔體 對薄膜的影響,薄膜的厚度最好不小于0. 1mm。聚合物制品注射成型前,需將聚合物薄膜保溫層裁切成適當尺寸,裁切尺寸主要 根據制品尺寸和模具尺寸確定。聚合物薄膜保溫層在模具型腔中的位置選擇在容易形成熔 接痕的區(qū)域。保溫層在熔接痕痕線方向包覆熔接痕的范圍可以根據制品的結構形狀采用全 部包覆,也可以采取部分包覆,或間斷部分包覆。作為保溫層的聚合物薄膜在模具型腔中的定位,可以根據聚合物薄膜的形狀、尺 寸選用不同方法,例如利用注射模具上的凹槽或/和凸緣定位(即按機械結構要素的自然 定位法),靜電吸附法定位,外加定位件法定位等。對于板材或其它形狀制件在模腔中定位, 主要選用按機械結構要素的自然定位法或外加定位件法進行定位。作為保溫層的聚合物薄膜在模具型腔中定位完成后,進行合模注射成型。成型工 藝與普通注射成型工藝相同,為了使聚合物薄膜和注射制件有永久的粘結效果,應該在不 影響其它性能且不導致聚合物降解的前題下,盡可能提高聚合物熔體的溫度和模具溫度, 但溫度的提高幅度不宜大于50°c。(根據不同聚合物的特點,溫度增加幅度一般在0-50°C 范圍內)。本發(fā)明還采取了其它一些技術措施。本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、通過將薄膜置于注射模具型腔的模壁,可以提高聚合物、聚合物填料體系、聚合 物共混體系注射制品熔接痕的力學性能。2、可采用普通注塑模具,其設計和制造成本較低,操作簡單易行、安全可靠。3、可選用具有特殊功能的薄膜,使制品在改善熔接痕的同時表面具有相應功能。4、可選用裝飾性薄膜,對制品熔接痕力學性能改善的同時對制品進行裝飾。
四
圖1是聚合物注射成型制品熔接痕產生的一種方式示意圖。圖2是聚合物注射成型制品熔接痕產生的另一種方式示意圖。圖3是聚合物填料或聚合物共混物體系在熔接痕附近的填料或分散相的分布和 取向示意圖。圖4為保溫層只設置在注射模具型腔一面模壁上,對部分熔接痕進行包覆的示意 圖。圖5為保溫層設置在注射模具型腔相對的兩面模壁上,對相對的兩部分熔接痕進 行包覆的示意圖。圖6為保溫層設置在注射模具型腔四周模壁上,對全部的熔接痕都進行包覆的示意圖。在上述附圖中,各圖示標號標識對象為1_模具型腔;2-澆道系統(tǒng);3-熔接痕; 4_模具型腔壁;5-分子鏈、填料或分散相;6-薄膜。
五
具體實施例方式以下通過實施例對本發(fā)明進行具體描述。有必要指出的是,以下實施例只用于對 本發(fā)明進行進一步說明,不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制,該領域的技術人員可以根 據本發(fā)明的發(fā)明思想對本發(fā)明作出一些非本質的改進和 調整。實施例1 保溫層選用0.7mm厚的均聚丙烯薄膜,注射聚合物為均聚丙烯中填加15% (質 量含量)的短玻璃纖維,將薄膜裁切好以后按間斷部分包覆模式(如圖5所示)置于模腔 中,采用自然定位法定位。成型工藝條件如下熔體溫度230°C,模具溫度25°C,注射壓力 60bar,保壓壓力30bar,保壓時間20s。力學性能測試結果表明薄膜置于模腔后聚丙烯/玻 纖復合材料的熔接痕的拉伸強度由28MPa提高到30MPa,斷裂伸長率由13%提高到16%。實施例2 保溫層選用Imm厚的均聚丙烯薄膜,注射聚合物為均聚內烯中填加15% (質量含 量)的滑石粉,將薄膜裁切好以后按間斷部分包覆模式(如圖5所示)置于模腔中,采用靜 電吸附法定位。成型工藝條件如下熔體溫度230°C,模具溫度25°C,注射壓力60bar,保壓 壓力30bar,保壓時間20s。力學性能測試結果表明薄膜置于模腔后聚丙烯/滑石粉復合材 料的熔接痕的拉伸強度由22MPa提高到30MPa,斷裂伸長率由7%提高到12%。實施例3 保溫層選用1. 2mm厚的低密度聚乙烯(LDPE)薄膜,注射聚合物為均聚丙烯中填加 15% (質量含量)的納米碳酸鈣,將薄膜裁切好以后按部分包覆模式(如圖4所示)置于 模腔中,采用自然定位法定位。成型工藝條件如下熔體溫度230°C,模具溫度25°C,注射壓 力60bar,保壓壓力30bar,保壓時間20s。力學性能測試結果表明薄膜置于模腔后聚丙烯 /碳酸鈣復合材料的熔接痕的拉伸強度由29MPa提高到30MPa,斷裂伸長率由15%提高到 20%。實施例4 保溫層選用Imm厚的聚苯乙烯(PS)薄膜,注射聚合物為聚苯乙烯/高密度聚乙烯 (90/10)的共混體系,將薄膜裁切好以后按全部包覆模式(如圖6所示)置于模腔中,采用 自然定位法定位。成型工藝條件如下熔體溫度230°C,模具溫度25°C,注射壓力60bar,保 壓壓力30bar,保壓時間20s。力學性能測試結果表明薄膜置于模腔后PS/HDPE共混體系的 熔接痕的拉伸強度由6MPa提高到13MPa,斷裂伸長率由4%提高到7%。實施例5 保溫層選用3mm厚的加入二氧化鈦的聚丙烯板材,板材具有一定抵抗紫外光老化 的作用。注射聚合物為均聚丙烯中填加15% (質量含量)的短玻璃纖維,將板材裁切好以 后按間斷部分包覆模式(如圖5所示)置于模腔中,采用外加定位件法定位。成型工藝條件 如下熔體溫度230°C,模具溫度25°C,注射壓力60bar,保壓壓力30bar,保壓時間20s。力 學性能測試結果表明板材置于模腔后聚丙烯/玻纖復合材料的熔接痕的拉伸強度由28MPa提高到31MPa,斷裂伸長率由13%提高到17%。在提高熔接痕力學性能的同時制品表面可 以抵抗紫外光的老化,極大降低了成本。實施例6 保溫層選用2mm厚的有圖案和花紋的聚丙烯片材,注射聚合物為均聚丙烯中填加 15%(質量含量)的滑石粉,將片材裁切好以后按全部包覆模式(如圖6所示)置于模腔 中,采用靜電吸附法定位。成型工藝條件如下熔體溫度230°C,模具溫度25°C,注射壓力 60bar,保壓壓力30bar,保壓時間20s。力學性能測試結果表明片材置于模腔后聚丙烯/滑 石粉復合材料的熔接痕的拉伸強度由22MPa提高到32MPa,斷裂伸長率由7%提高到16%。 在提高熔接痕力學性能的同時制品表面得到裝飾。實施例7 保溫層選用0. 5mm厚的均聚丙烯薄膜,注射聚合物為聚丙烯/尼龍6 (70/30)共混 體系,將薄膜裁切好以后按部分包覆模式(如圖4所示)置于模腔中,采用靜電吸附法定 位。成型工藝條件如下熔體溫度200°C,模具溫度25°C,注射壓力60bar,保壓壓力30bar, 保壓時間20s。力學性能測試結果表明薄膜置于模腔后PP/PA6共混體系的熔接痕的拉伸強 度由15MPa提高到18MPa,斷裂伸長率由8%提高到11%。實施例8 保溫層選用5mm厚的玻璃棉板,注射聚合物為均聚丙烯中填加30% (質量含量) 的短玻璃纖維,將板材裁切好以后按部分包覆模式(如圖4所示)置于模腔中,采用外加定 位件法定位。成型工藝條件如下熔體溫度230°C,模具溫度25°C,注射壓力60bar,保壓壓 力30bar,保壓時間20s。力學性能測試結果表明板材置于模腔后聚丙烯/玻纖復合材料的 熔接痕的拉伸強度由24MPa提高到31MPa,斷裂伸長率由8%提高到11%。
權利要求
一種改善聚合物注射制品熔接痕力學性能的方法,其特征是在形成制品熔接痕區(qū)域的注塑成型模具型腔模壁上設置保溫層,保溫層在熔接痕痕寬方向能夠包覆熔接痕,保溫層材質為熱傳導率低于模具本體金屬材質的非金屬材料。
2.根據權利要求1所述的改善聚合物注射制品熔接痕力學性能的方法,其特征是保溫 層的材質為聚合物。
3.根據權利要求2所述的改善聚合物注射制品熔接痕力學性能的方法,其特征是保溫 層聚合物與注射成型制品聚合物相同。
4.根據權利要求3所述的改善聚合物注射制品熔接痕力學性能的方法,其特征是聚合 物保溫層為聚合物薄膜。
5.根據權利要求4所述的改善聚合物注射制品熔接痕力學性能的方法,其特征是聚合 物薄膜為具有圖案或花紋的裝飾性薄膜。
6.根據權利要求4所述的改善聚合物注射制品熔接痕力學性能的方法,其特征是聚合 物薄膜為具有抗紫外光老化或光學性能的特殊功能性薄膜。
7.根據權利要求1至6之一所述的改善聚合物注射制品熔接痕力學性能的方法,其特 征是保溫層的厚度不低于0. 1mm。
8.根據權利要求7所述的改善聚合物注射制品熔接痕力學性能的方法,其特征是在制 品注射成型過程中提高制品聚合物注射成型加工溫度,注射成型加工溫度的提高幅度不大 于 50°C。
9.根據權利要求8所述的改善聚合物注射制品熔接痕力學性能的方法,其特征是利用 注射模具上的凹槽或/和凸緣將作為保溫層的薄膜定位于注射成型模具型腔模壁上。
10.根據權利要求8所述的改善聚合物注射制品熔接痕力學性能的方法,其特征是作 為保溫層的薄膜以靜電吸附法或外加定位件法定位于注射成型模具型腔模壁上。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種改善聚合物注射成型制品熔接痕力學性能的方法,其主要的技術特點是在形成制品熔接痕區(qū)域的注塑成型模具型腔模壁上設置保溫層,保溫層的材質為熱傳導率低于模具本體金屬材質的非金屬材料。本發(fā)明是通過改變模腔中的溫度場和剪切場,從而改善聚合物、聚合物填料體系、聚合物共混體系的注射成型制品熔接痕的力學性能,效果顯著。本發(fā)明的方法實施容易,操作簡單,安全可靠,既可在普通注塑模具上實施,也可在含有特殊定位裝置的模具上實施,注射成型工藝條件與普通注射成型工藝條件相同。
文檔編號B29C45/00GK101823312SQ201010161629
公開日2010年9月8日 申請日期2010年5月4日 優(yōu)先權日2010年5月4日
發(fā)明者吳宏, 蔣根杰, 郭少云, 閻博文 申請人:四川大學