摘要：结合透明过滤器塑料壳的特点,分析了透明过滤器塑料壳制造的过程与方法,从成型工艺过程及成型工艺条件的选择与控制方面进行了讨论。重点介绍了成型工艺过程和工艺条件的设定,指出了各种透明过滤器壳成型过程中可能出现的缺陷及其解决方法。
关键词：过滤器;透明塑料壳;注射成型工艺
中图分类号：TQ322·66+2 文献标识码：B 文章编号：1005-5770 (2010) 02-0042-04
过滤器是输送介质管道上不可缺少的一种装置,通常安装在减压阀、泄压阀、定水位阀或其他设备的进口端,用来消除介质中的杂质,以保护阀门及设备的正常使用。当流体进入置有一定规格滤网的滤筒后,其杂质被阻挡,而清洁的滤液则由过滤器出口排出,当需要清洗时,只要将可拆卸的滤筒取出,处理后重新装入即可,因此,使用维护极为方便。为便于维护,关键装备的过滤器壳多为透明塑料。考虑到耐油性能,使用材料多为聚碳酸酯(PC)、聚醚酰亚胺(PEI)、透明聚丙烯(PP)、聚丙烯腈-苯乙烯(AS)或丁二烯含量较少的MBS等。这些塑料因制品透明,对成型工艺过程及工艺条件要求较高,如果控制不当,便会造成很大的浪费,笔者根据多年的经验,对生产过滤器的透明材料注射成型工艺进行了总结。
1 注射成型工艺过程
1·1 原料烘干及生产的准备
1·1·1 原料的预处理
成型过滤器壳的粒料往往含有水分、溶剂及其他易挥发的低分子物质,其含水量总是超过加工所允许的限度。因此在加工前必须进行干燥处理。已经干燥的塑料必须妥善密封保存。干燥料斗的装料量一般取注射机每小时所用料量的2·5倍。表1列出了过滤器透明塑料壳用材料的热风循环料斗烘干机烘干工艺。
1·1·2 清洗料筒
过滤器塑料壳的质量一般为50~300 g,均使用螺杆式注塑机,清洗料筒时直接进行换料清洗。清洗前应熟悉塑料的热稳定性,成型温度,要换塑料与被换塑料间相容性等情况,保证清洗按正确的步骤进行。如果要换塑料的成型温度远高于被换塑料的温度,应先将注塑机的料筒及喷嘴温度升至要换塑料的最低成型温度,再加入要换塑料,进行连续对空注射,直到料筒中被换塑料全部清除出去。反之,应先调整料筒和喷嘴温度,使料筒中塑料处于最佳流动状态,切断电源,自然降温下,加入要换塑料,连续对空注射,直至清除完毕且温度降至新料成型温度。如果直接换料后,制品仍有旧料条纹或较多黑点,应拆卸喷嘴进行清理。把喷嘴卸下来,用喷灯烧烤或在炉火上烧,直到塑料全部炭化变为灰烬为止,然后擦拭干净。换料之前,要首先对料斗或料斗干燥机进行彻底清扫,特别是上料机及进料口死角处,必须清理干净。
1·1·3 脱模剂
塑料件的脱模主要依靠制定合理的成型工艺条件和正确的模具设计,实际生产中为使脱模更加顺利,可在需要时模具上涂脱模剂。
1·2 注射成型过程
注射成型过程分加料、塑化、计量、注塑充模、保压、冷却定型及脱模几个主要步骤。其中,塑化,注塑充模和冷却定型是决定成型周期及成型品质量的三个重要过程[1-4]。
(1)塑化 塑化是在上一注塑周期中保压完成后,螺杆后退期间进行的。其中背压对保证透明塑料制品的质量起着关键的作用,它不但可以提高塑化熔体的质量,保证注射充模中熔料流动均匀平稳,而且可以及时排除熔料中的气体,解决制件气泡问题。
(2)注塑充模 注塑充模是在螺杆挤压作用下,将已塑化均匀的塑料熔体经喷嘴,流道及浇口注入闭合模腔中的过程。按照模腔压力变化特点,注塑充模过程可分为引料入模和流动充模两个阶段。
(3)冷却定型过程 指从模腔完全充满开始到脱模取出制品前这一阶段。按照模腔压力变化特点,冷却定型过程又可分保压补料,倒流,浇口冻结后的冷却3个阶段。
(4)脱模 塑料之间在模内冷却至具有足够刚度时即可脱模。脱模温度不宜过高,一般控制在热变形温度之下。脱模时。型腔残余压力应接近于0,这是由保压压力和保压时间确定的。
1·3 制件的后处理
由于注塑成型过程中塑料熔体的流变行为非常复杂,加上流动前塑化不均和充模后冷却不均等原因,制件内部经常存在不均的结晶,取向和收缩,导致制件内产生应力,影响制件的使用性能,严重时还可能造成制件报废。为此,对脱模后制件需进行后处理,主要有退火和调湿两种。退火温度应控制在高于塑料制品的使用温度10~20℃或低于塑料热变形温度10~20℃为宜,退火时间视制品的厚度而定,退火后应使塑料制品缓慢冷却至室温。表2列出了过滤器壳用热塑性塑料的后处理工艺条件。
2 成型工艺条件的选择与控制
2·1 温度
(1)料筒温度 确定料筒温度时,应保证塑化均匀,能顺利进行充模,同时又不致造成塑料降解。料筒温度的确定与成型制品及模具结构有关,同时与所选的注射机种类及其他工艺条件有关。例如:为提高熔体的充模时流动长度,可采用提高料筒温度的办法,也可相应提高注射压力和注射速度。料筒温度的分布通常是从料斗向喷嘴方向逐步升高,以保证塑料温度平稳上升,达到均匀塑化的目的。
(2)喷嘴温度 喷嘴温度通常略低于料筒最高温度,主要是为防止直通式喷嘴可能产生的流涎现象。喷嘴温度不能太低,否则容易造成熔料早凝,堵塞喷嘴或凝料注入模腔影响制品质量。
(3)模具温度 模具温度是指与塑料直接接触的模腔内壁温度,它直接影响塑料的充模流动性、制品的冷却速率、成型周期及制品的结晶、取向、收缩等结果,是关系制品质量的重要因素。模具温度的具体数值应根据塑料特性,制品的结构特点(形状复杂程度,壁厚如何)以及其他成型工艺条件确定。注射成型温度对塑料壳质量有重要影响,较高的成型温度下,熔体黏度低,流动性好,剪切应力低,取向度小,塑料壳力学强度高。但是成型温度过高会造成冷却不充分,脱模时产生变形并产生内应力,而成型温度过低,熔体黏度较高,充模时取向较大,经冷却定型后残余应力较大。
2·2 压力
注射成型过程中需选择和控制的压力包括塑化压力(背压),注塑压力和保压压力。
(1)背压及螺杆转速 背压大小与塑料品种,喷嘴种类和加料方式有关。一般背压的使用范围为0·5~2·0MPa。螺杆转速也是影响塑化能力和塑化效果的重要参数。转速提高可以提高塑化能力。但螺杆转速超过一定数值后,由于物料在料筒内受热时间太短,反而使塑化质量变差。因此,对每种塑料都有一个合适的转速范围,需根据实际情况而定。
(2)注塑压力 注塑压力对熔体的流动,充模及制品质量都有很大的影响。注射压力的大小与塑料性质,制品的结构特点和精度要求,喷嘴结构形式,浇口尺寸以及注射机种类有关,通常的范围为4~12MPa。注塑压力是注射工艺条件中一个非常重要的因素。在熔体充模方面它不仅直接影响熔体的流动比,而且与注射速度密切相关。注塑压力增大,注射速度也会提高。
(3)保压压力 保压压力是保压过程中需控制的一个重要参数。保压压力的选择受制品结构特点影响。保压时间与料温,模具温度,制品壁厚以及模具的流道和浇口有关。通常是在保压压力和注射温度条件确定后,根据制品的使用要求及经验分级确定。
2·3 注射速度
注射速度是指注射时螺杆移动的速度。注射速度的快慢直接影响到制件质量和生产效率。注射速度低,制品容易产生冷接缝,密度不均,制品内应力大。合理提高注射速度,可以减少熔料在型腔内的温度降低,改善压力传递效果保持制品密度均匀和精度。尤其对一些薄壁、流长比大的制件采用高速注射更为有利。但是注射速度过高,熔体离开喷嘴后会产生不规则流动,产生大剪切热,常常烧焦物料。因而注射过程中,注射速度应根据塑料性质、工艺条件、制件形状、壁厚、模具等情况来确定。
在整个注射过程中,注射速度对制品的成型周期和性能起着决定性作用。注射速度主要影响熔体在型腔内的流动行为。通常注射速度增加,熔体流速增大,剪切作用加强,熔体黏度降低,熔体温度升高有利于充模,制品各处融合强度得以增加。但是注射速度增加可能会使熔体从层流态变为湍流态,严重时会引起熔体在模内喷射,造成模内空气无法排除,并在高温下被压缩而迅速升温,引起制品局部烧焦或分解。
实际生产中,注射速度一般是根据试验来确定的。一般以低压慢速注射,然后根据制品的成型情况来分级调整注射速度。
2·4 成型时间
成型时间包括注射时间、保压时间和冷却时间。
(1)注射时间 一般注射时间不宜太长,型腔充满后就相当于在注射压力下保压,时间太长,会使制品的取向应力增加。注射时间与塑料的流动性,制品的几何形状和尺寸,模具浇注系统形式,注射速度注射压力以及其他许多工艺条件有关。一般制品的充模时间为3~10 s。
(2)保压时间 在保压阶段熔体的温度降低,黏度增加,此时的压力作用迫使塑料分子取向,导致过滤器壳内部冻结较多的分子取向,形成残余应力,因此减少保压时间有利于取向应力的降低。延长保压时间仅在一定范围内使取向度增大,浇口封闭后再延长保压时间就不再影响取向度。但对于收缩应力,如果延长保压时间会使型腔压力提高,有助于减小温度所产生的收缩应力;若保压时间短,型腔压力又较低,制品内部仍会保持原来冷却时的应力状态。通常,选取的保压时间范围为20~60 s。
(3)冷却时间 当注塑压力、保压压力、熔体温度升高,浇口尺寸较大时,会使封口压力升高,这时必须延长冷却时间才能使启模前型腔内的残余应力降到很低或接近于零,否则很难将制品顺利从模内顶出。若强制脱模,制品在顶出时会产生很大的应力,以致于可能被划伤,严重时会出现破裂。但冷却时间也不宜过长,否则不但生产效率低,而且可能在制品内部形成负压,即由于冷却收缩使制品内外之间产生拉应力。合适的冷却时间应该使制品温度降到热变形温度以下而又必须使型腔内的压力降到某个极限值以下。
综上所述,各种成型工艺条件对制品质量的影响较为复杂。表3给出了过滤器壳用透明塑料的成型工艺参数。
2·5 过滤器壳用透明塑料性能
过滤器壳用透明塑料性能见表4。有表4可看出:透明塑料技术参数,基本满足不同工作环境及设计要求,从而可以为制件设计提供帮助。
3 过滤器透明塑料壳常见缺陷极其解决办法
表5列出了过滤器透明塑料壳常见缺陷及其解决办法。
4 结论
通过对过滤器透明塑料壳的成型工艺分析,结果表明:采用不同原料生产的过滤器透明塑料壳可以满足不同使用条件下过滤器对壳体强度的要求,并说明了通过合理的工艺条件的选择与控制,可以大大减少透明塑料过滤器壳缺陷的产生,为保证过滤器透明塑料壳的正常生产提供了重要的数据。
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