塑料旋轉成型的特點與研究
1成型原理與成型特點首先將一定量的塑料粉末置于成型模具的下半模(成型模具一般由鋼板或鑄鋁制成,壁較薄)中,合上上半模,將整個模具移到加熱爐中停止加熱,并使模具停止雙軸旋轉,翻滾的粉末與熱模具的內外表接觸,并逐漸熔融成均勻的熔體。隨著模具的不時旋轉,物料不時地吸熱而熔融,熔化的物料熔體被均勻地涂覆在整個模具的內外表上。而后將模具從加熱爐中移到冷卻室內停止冷卻固化。此時模具仍處于雙軸旋轉狀態,不時到物料完全固化為止。較后翻開模具。取出制品。旋轉成型具有下列特點:從旋轉成型的原理能夠看出,旋轉成型加中模具不承壓,因而使用的設施和模具構造簡略、制造方便。如消費同體積制品,其費用低于注射成型和吹塑成型。旋轉成型的投資約為注射成型的研制周期短,一般從模具設計到制得合格制品為6~8周;特別合適于加工形狀復雜的大型中空制品,這是其它成型工藝無法比擬的;扭轉一次加料量并調理成型周期,就可用同一模具消費出不同厚度的制品;通過不同材料組合,可消費加工出綜合性能好的多層制品,如外層沖擊強度高、內層耐化學藥品性好的雙層制品;制品壁厚均勻,且無邊角廢料,無焊縫;為無壓成型,制品簡直無內應力,不會產生變形、開裂現象;換色容易,當須要扭轉制品顏色時,只蕩滌成型模具即可2討論與鉆研簡略而實用是旋轉成型的一大長處,但同時也給該技術帶來了一些先天缺乏的缺陷。比如,制品內部易產生氣泡,而外表則易呈現孔洞;制品易呈現彎曲、收縮現象等。這些現象不但影響了制品的外觀形象,而且更重要的是重大地侵害了制品的力學性能。因而鉆研氣泡的造成和消失,以及彎曲、收縮現象的造成與打消等將對進步旋轉成型制品的質量具有非常重要的意義。
2.1氣泡的造成與消失將塑料粉末放在-張可加熱的鋼板上,用一無底玻璃容器將粉末罩住,能夠發現鋼板被加熱后與其直接接觸的粉末開端發粘(各種不同塑料粉末的發粘溫度為65~93丈),當溫度進一步增高時,這部分粉末被熔化,熔料在重力的作用下開端活動,并在鋼板的外表上造成一層液體薄膜。而后熔料上面的粉末在重力的作用下向下移向熔料,而較先熔化的熔體穿過粉末粒子之間的間隙向上挪動,造成一個較高的液面。于是,已熔和未熔粉末造成了兩大運動部分u正是在這種物料的運動過程中,尤其在粉末的著落運動中,空氣被留存而造成氣泡。圖丨示出塑料粉末熔融過程中氣泡的造成情況。
實際上,塑料粒子粘在一起時空氣很容易被留存在粒子之間,因而所有的塑料粉末在初始熔融階段都含有氣泡。但是當溫度繼續升高時,氣泡尺寸開端逐漸減小,直到較后消失。示出不同熔體活動速率(MFR)的物料隨溫度升高氣泡直徑減小溫度/V氣泡直徑與溫度的關系的趨勢。各種物料氣泡的消失過程都很類似,主要有3個因素:當熔融溫度升篼時,引起氣泡內壓力增加。
依據外表張力定律,假如氣泡壓力增加,它的半徑必然減小。
當熔融溫度升高時,物料的分子構造被毀壞,粘度變小,因而氣泡中的空氣分子能順利地穿出培體而升到熔體外表以上的空間。
高溫時氣泡內的氧氣通過與四周物料停止氧化反饋而減少。
2.2減少或打消制品中氣泡的方法在工業消費中,常采納提篼加熱溫度的方法來減少或打消制品中的氣泡。因為當進步加熱溫度、延長加熱工夫時,物料粘度減小,氣泡擴散更容易,同時因為有更多的工夫,使氣泡擴散也更徹底。這種方法對打消制品氣泡盡管很有效,但也帶來了一定的副作用。比如:①增加熔融溫度將招致成型周期延長,因而降低了消費效率;②在篼溫條件下物料易被氧化,致使制品的力學性能降低,特別是沖擊強度尤為明顯。
示出5個成型峰值溫度不同的聚乙稀(PE)制品所具有的不同沖擊強度。從能夠看出,5個制品中峰值溫度為較小和較大值的兩個制品的沖擊強度特別低:峰值溫度為125T的制品是因為粉末粒子在125時還沒有完全均勻地被熔化,制品的外表很粗植,因而沖擊強度很低;而峰值溫度為250t:的制品在250時粉末已完全被熔化,制品的內外外表都很潤滑,但是由于物料在篼溫下被氧化而降解,因而制品的沖擊強度大幅度降低。
因而進步加熱溫度、延長加熱工夫來打消制品中留存的氣泡是有限度的。既然從外界的加工條件上不易處置制品氣泡問題,那么就要從原材料本身的特性上來討論處置方法。
峰值溫度/"C峰值溫度不同的PE制品的沖擊強度為了確定哪一種PE在旋轉成型時易于造成氣泡,在標準條件下,選用旋轉成型常用的10種PE停止了試驗,其結果列于表1.從表1可看出,大部分MFR等于或大于8.0g/10min者無氣泡產生(含炭黑者例外),也就是說,低粘度的PE不易留存氣泡。
表1 10種PE的MFR對MA氣泡的影鴯名稱牌號顏色(著色劑)制品氣泡原色有原色無原色無原色無原色無黑色有蔥綠色無黑色有黑色有黑色有中的曲線也證實了這一點。中的5條曲線別離是對5種不同MFR的PE停止試驗的結果。不言而喻,不同粘度的PE,氣泡的擴散速度是不同的。低粘度的PE,即高MFR(MFR=25/10min)的PE,其氣泡的擴散速度很快;反之,低MFR(如MFR =3.2g/10min)的PE,其氣泡擴散速度就很慢,這是因為MFR低時PE的分子鏈長度長些,因而其粘度也大,空氣分子難以通過熔體而擴散到培體表層之上。實際上在有限的加熱工夫內,留存在篼粘度的PE中的氣泡沒有足夠的工夫從熔體中擴散進來。因而選用高MFR的PE作為旋轉成型加工的原料是消費無氣泡制品的一種方法。選用篼產周期,進步消費效率。如MFR較大(MFR=25g/ 10min)的M3725MDPE在標準的成型條件(較高溫度200T)下成型,其制品無氣泡產生。用這種MDPE加工的5個制品的成型峰值溫度別離為120、150、160、180、200t.其中峰值溫度為150的制品不但沒有氣泡(因為在這一溫度下物料粘度很低,空氣分子很容易通過熔融物料擴散進來),而且也沒有任何明顯的性能損失,同時還能夠進步消費效率。
打消或減少制品中的氣泡應從兩個方面思考。
一方面迫使已留存的氣泡從熔體中完全擴散進來。
另一方面限制加熱初期氣泡在粉末中留存因為旋轉成型制品的質量不只與材料的物理性能有關,而且也與粉末的特征有關,如粉末的形狀、K十特別是均勻性均影響制品的質量。由氣泡造成機理(見閣1)能夠看出,粉末粒子的形狀、大小控制著氣泡造成范圍,細長形的粒子更易將氣泡留存到熔體中。
經試驗得悉,要使物料在成型中抵達較佳的活動狀態,減少氣泡的留存,帶圓角的立方體是較理想的粒子幾何形狀,而粒子的尺寸以小尺寸成效更好,因為對旋轉成型來說,減小粒子尺寸能夠改善傳熱效率,減小制品中的氣泡尺寸和氣泡外表積百分比。表2列出細粒子含量不同時制品所含氣泡的情況f表2細粒子含較對氣泡尺寸的彩響細粒子含M/Vr氣泡數M/個氣泡較大尺寸/im氣泡均勻尺寸氣泡中等尺寸/fxm氣泡外表積從表2能夠看出,粒子尺寸對制品中氣泡的大小和氣泡的外表積百分比產生一定的影響,當細粒子百分比含量增加時,氣泡尺寸開端下降。示出細粒子含量對氣泡均勻尺寸、中等尺寸及較大尺寸的影響。由可知,當細粒子含量為010%時,氣泡的均勻尺寸和中等尺寸明顯下降;而當細粒子含量為30%~40%時氣泡的較大尺寸下降;細粒子含量為40%100%時,氣泡的較大尺寸根本上沒有什么變遷。,示出細粒子含量對氣泡外表積百分比的影響。由可看出,氣泡外表積百分比趨于隨細粒子含量增大而減小。
L85細粒子含量對氣泡外表積百分比的影響2.3制品彎曲、收縮的造成與打消塑料旋轉成型制品的另一缺陷是易呈現彎曲、收縮現象,處置制品彎曲、收縮現象同樣是鉆研旋轉成型的重要課題彎曲、收縮現象一般是由冷卻時造成的剩余應力引起的,試驗證明通過不同的冷卻方式交替停止冷卻能夠減少制品中的剩余應力,或者在冷卻期間向模具內充入壓縮空氣,即通過壓縮空氣使已固化塑料緊緊地貼在模具的內壁,阻止它脫離模壁或變形,不時到塑料完全冷卻為止,這樣便起到了冷卻定型的作用。并且由于此法是對已固化塑料的內外外表同時停止冷卻,扭轉了冷卻機理,從而減小了剩余應力,克制了制品的彎曲和收縮f試驗標明,大部分塑料冷卻時通人0.11MPa的壓縮空氣即可根本打消收縮、彎曲現象。
2.4影響制品沖擊強度的因素及處置途後4)影響制品沖擊強度的因素較多,比如加熱溫度、加熱工夫、冷卻速度、粒子尺寸、模具材料等,其中加熱溫度和加熱工夫是影響沖擊強度的主要因素1溫渡過低,材料熔融不夠,致使制品沖擊強度降低;溫渡過高則會引起塑料產生降解,同樣降低了制品的沖擊強度因而對各影響因素停止試驗和剖析、鉆研能力優化出較佳工藝參數,進步制品的沖擊強度。
3結語與注射成型和擠出成型相比,關于旋轉成型的鉆研還很少,尤其是我國盡管引進了一些設施和技術,但對這一領域的鉆研并不多。要想充分地發揮旋轉成型的應用潛力,進步制品的性能,推動新技術的快速開展,還需停止大量而深人的鉆研工作。