用料 | 6分钟读

加工者最重要的工作,第4部分:模具温度

工程聚合物需要更高的模具温度才能达到理想的结构。降低模具温度的诱惑可能会损害零件性能。
#最佳做法 #聚烯烃

分享

Facebook分享图标 LinkedIn分享图标 Twitter分享图标 通过电子邮件共享图标  打印图标

这是第十一部分的系列的第四部分,该系列着重于处理器最重要的工作。要阅读本系列的其余部分,请单击以下链接: 

部分   部分 o 部分 第五部分 第六部分 第七部分 第八部分 第九部分 第十部分 部分   十一 .


通常,聚合物的更高性能与材料承受高温暴露的能力有关。在半结晶聚合物中,此能力表征了两个重要的转变:玻璃化转变温度(Tg)和熔点(Tm)。聚丙烯,我们在 上一篇 通常被认为是Tg接近0的商品材料°C,大多数成绩的Tm为320-329°F (160-165°C).

This temperature difference between the two transitions is typical for most 半结晶 materials. Aliphatic nylons such as nylon 6 和尼龙66, and 半结晶 polyesters such as PBT and PET, form the 下一页 tier on the performance ladder, with Tgs of 131-194°F (55-90°C)和熔点437-500°F (225-260°C).

与可以在相对较低的模具温度下运行的PP和聚乙烯不同,这些工程聚合物需要较高的模具温度才能达到理想的结构。正是由于这些材料,降低模具温度的诱惑对于零件性能而言可能成为问题。

随着我们将性能扩展到SPS,PPS,部分芳香尼龙—有时被称为PPA,以及非常高性能的材料(例如PEEK),风险越来越高。这些材料的Tg’超过水的沸点(230-302°F)。因此,要保持足够高的模具温度以使这些材料结晶到令人满意的水平,就需要使用加压水,油或电墨盒。并非所有处理器都愿意采用这些技术。但是在这种高性能水平上,未能达到促进足够结晶度所需的模具温度的后果变得尤为严重。

图1显示了使用图例中所示的四种不同模具温度模制的试样的性能: 135°, 194°, 257° and 318°F (57°, 90°, 125°, and 159°C)。该材料部分芳香尼龙(PPA)增强了35% 玻璃纤维。使用动态力学分析(DMA)对每个样品组的样品进行测试,以评估材料的温度依赖性行为。这是材料的弹性模量随温度变化的曲线图。从每个样品的响应可以明显看出聚合物在这些不同的模具温度下能够达到的不同结晶度水平。

知道如何材料: 了解更多 on materials

注意,材料的初始模量随模具温度的升高而上升。在57模制的样品的模量°C约为9,000 MPa(1,300 ksi),而样品在159模压°C的室温模量为10,350 MPa(1,500 ksi)。这是15%的改进。最大的增加发生在125模制的样品之间°C and 159°C.随着测试温度的升高,性能上的更大差异显而易见。当测试温度达到266时°F (130°C)所有四个样品的模量开始迅速下降。这是玻璃化转变的开始。对该材料的Tg进行精确测量,得出的值为293°F (145°C).

半结晶聚合物通过玻璃化转变时,其模量显着下降。当聚酰胺(尼龙)填充这种水平的玻璃纤维时,预计 材料将在室温下保持高于Tg约50%的室温模量。这正是在最高模具温度下成型的样品所观察到的结果。随着用于生产样品的模具温度的降低,在较低模具温度下模制的样品表现出越来越大的模量降低。在最低模具温度下,模量下降将近75%。即使在低于玻璃化转变温度的情况下,这也将影响长期性能,例如抗蠕变性和抗疲劳性。

不幸的是,一些高性能的供应商 semi-crystalline materials tell molders that 充分 crystallization is only important if the 部分 is intended for use at temperatures above the glass transition. This is not at all true, something we will address in a later 文章 .

在玻璃化转变结束时,可以观察到在最高模具温度下模塑的样品与其他三个样品之间的另一个显着差异。在最高模具温度下成型的零件进入玻璃化转变结束与熔点开始之间的缓慢下降的高原区域,接近572。°F (300°C)。这是适当结晶的聚合物的典型行为。其他三个样品显示出不完全结晶的另一种症状。一旦玻璃化转变完成,即使温度升高,模量也开始增加。这是由于要在模制过程中产生的晶体形成所致。但是,由于这些模具温度太低而无法实现完全的结晶度,因此一旦重新形成了形成晶体所需的迁移率,就必须弥补固态的不足。模量的这种上升也与前面讨论的总是伴随结晶的尺寸变化有关。

适当结晶的样品和未结晶的样品之间的分界线不是所成型的聚合物的玻璃化转变温度,这并非巧合。维持高于Tg的温度可提供形成晶体所需的分子迁移率。图2显示了各种材料的模具温度和结晶速率之间的关系。

一些高性能的供应商 半结晶 materials tell molders that 充分 crystallization is only important if the 部分 is intended for use at temperatures above the glass transition. This is not at all true.

三种异型材—PP, nylon 6 and nylon 66—是玻璃化转变温度低于图表所示温度范围的材料。 PP,Tg约为0°C在较高的模具温度下仅会显示结晶度的少量增加,而结晶时间会明显增加, 减慢周期时间。尼龙,Tgs为65-70°C, will reach “full”使用90-100的模具温度结晶°显然,在该温度范围内,结晶时间基本上是恒定的。当其上升到该点以上时,结晶时间缓慢增加,再次延长了循环时间。 

聚合物行为

此处评估的PET是非成核材料,因此此处记录的行为并非用于注塑的高填充半结晶等级的典型表现。 MXD6是我们一直在指的部分芳香尼龙。这些材料以及其他类似材料,例如PPS和PEEK,表现出与聚丙烯和脂族尼龙不同的行为。使用这些材料,一旦模具温度降至与聚合物的Tg有关的某个特定点以下,结晶速率就会大大降低。效果可观。

对于MXD6,模具温度为160时,结晶时间为25秒°C,而在120的模具温度下增加到180秒°对于这些材料,较低的模具温度不仅会阻止达到所需的结晶水平,还会增加达到可弹出模量所需的时间,进而增加了循环时间。了解改变模具温度的后果需要了解所加工的特定聚合物。

在我们的 下一页 文章 ,我们将研究一种不遵循将结晶器温度保持在Tg以上是实现适当结晶度的唯一要求的规则的半结晶聚合物。

关于作者

麦可 塞普

麦可 Sepe is an independent, global materials and processing consultant whose company, 麦可 P. Sepe 有限责任公司位于亚利桑那州的塞多纳。他在塑料行业拥有40多年的经验,并协助客户选择材料, manufacturability, 流程优化,故障排除和故障分析。联络号码:928-203-0408• [email protected].

相关内容