高抗冲聚苯乙烯微孔注射成型工艺简介

　　20世纪90年代以来，电视机喇叭窗网与面框一体注射成型技术得到了越来越多的应用。传统电视机的喇叭遮盖方式采用安装铁窗网、贴带孔PVC膜或贴尼龙布等方式，产品外观整体效果不佳，而且经长时间使用后，窗网区域可能出现锈蚀、脱落或破损等质量问题。采用窗网一体注射成型后，电视机外观整体效果得到了大幅度提高，同时也增加了结构设计的灵活性。
　　
　　微孔注射成型制品的特点是制品壁薄，上面分布有密集细小的通孔和盲孔，且分布面积较大。
　　
　　微孔注射成型模具的特点是在定模、动模上设置有镶块，镶块上有采用电火花加工出的排列密集的钢针，模具制造精度要求高，加工难度大。
　　
　　由于微孔区域冷却面积增加、填充阻力较大等原因，微孔注射成型的制品易出现缺料、拉白、拉裂、表面凹凸不平、烧焦等缺陷。根据生产统计，因微孔区域缺料、拉裂、烧焦等缺陷造成报废的制品，占所有废品的30％以上，所以很有必要进一步探讨高抗冲聚苯乙烯（HIPS）微孔注射成型技术。
　　
　　制品设计
　　
　　电视机喇叭窗网微孔一般分布于面框正面两侧，安装喇叭的区域为通孔（区域1），其它区域为盲孔（区域2）。微孔排列方式有菱形排列、正方形排列、长方形排列等。其孔径约1mm，孔间距约1.7mm。
　　
　　微孔区域壁厚一般设计为1.5mm左右。如果壁厚设计太薄，模具填充阻力大，熔料前峰流速较慢，冷却变粘的熔料进一步加大了充填阻力，zui终造成制品缺料。如果壁厚设计太厚，虽然缺料问题可以较好地解决，但是由于成型孔的钢针变长，制品成型冷却后微孔区域对模具钢针的包紧力将大幅度增加，在开模及顶出制品时，通孔区域将出现拉白、拉裂等缺陷。
　　
　　制品通孔区域的背面应设计加强筋，其作用是：①增加制品微孔区域的强度；②在注射充填时发挥引流作用，可降低通孔区域的充填压降，保证快速充模；③可以增加制品通孔区域对动模的粘附力，在开模时，能防止制品拉白、拉裂等缺陷。
　　
　　加强筋的设置方式与微孔的排列方式有关。菱形排列时可设置横向和斜向加强筋；正方形及长方形排列时可设置横向和纵向加强筋，并可根据孔间距不同，设置不同宽度的加强筋。
　　
　　模具设计
　　
　　模具钢针的设计
　　
　　模具钢针一般采用装配镶件的形式，盲孔区域的钢针均设置在定模上，制品启模时即脱开，钢针直径和长度根据制品设计要求而定。在电火花加工和装配时，每根钢针必须尽量保证垂直于开模方向，否则开模时会拉伤制品微孔，严重时甚至会拉裂制品。为方便脱模，钢针的脱模斜度应为10°或更大。
　　
　　制品通孔区域的模具设计有两种方法。
　　
　　（1）采用动、定模钢针对碰成型通孔。即在定模、动模上设置钢针，其长度均为成型孔深的一半左右，合模后钢针对碰，从而在制品上成型通孔。采用钢针对碰成型的形式对模具加工精度要求很高，一方面，动、定模钢针对碰后不能出现大的错位，另一方面要求在合模增压后，对碰的钢针恰好紧密接触，如钢针太短，动、定模钢针不能对碰，将无法成型通孔；如钢针太长，动、定模钢针对碰时承受压力过大而损坏，将导致制品脱模困难。
　　
　　（2）只在定模设置钢针，单边成型通孔和盲孔。此法要求在动模成型微孔的区域设置较密集或较深的加强筋，以保证制品在启模时顺利地从定模上脱开。其优点是可以降低动模、定模的配合精度，缺点是由于微孔区域对定模的粘附力增加，动模相应区域需更大的粘附力方能保证正常脱模，如果动模加强筋设置过少或过浅，将会出现制品拉白、拉裂等问题。
　　
　　模具排气设计
　　
　　由于微孔注射成型极易出现困气问题，所以排气设计显得极为重要。常用的排气措施有：①镶件材料选用烧结金属。烧结金属有微孔，在注射成型时，模内空气可以通过微孔顺利排出模外。②设置*。在困气区域的动模上钻孔，然后将截面类似十字梅花形的钢针打入孔中，要求孔与针间有小于0.02mm的间距。*的设置位置在试模时确定。③在分型面上设置排气槽。④利用顶杆或镶件与模具的配合间隙排气。在试模时，通过改变各浇口的大小，将熔接线位置调整到模具顶杆或镶件位置附近，可有效地解决排气问题。
　　
　　浇口的设计
　　
　　微孔注射成型时，由于微孔区域钢针排列紧密、冷却面积大、充填阻力大，所以应适当扩大浇口及流道尺寸。但浇口尺寸过大，会使浇口固化时间增加，当微孔注塑结合气辅成型时，气体会从浇口回串到料筒。另外，采用大浇口，充填时会降低浇口区域的剪切热，从而降低模具内熔料的整体温度，影响熔料的填充能力。
　　
　　浇口应避免开设在离微孔较近的部位。因为微孔区域填充压力损失较大，注塑压力很难传递到制品其它区域，容易造成制品缺料。另外，如果采用很大的注塑压力以克服缺料问题，还可能造成制品通孔区域堵料。一般地，通孔区域均在zui后注塑阶段充填完成。
　　
　　工艺参数的设定
　　
　　料筒温度
　　
　　料温是影响熔料流动性的重要因素。由于微孔区域填充阻力大，故需要较高料温。针对HIPS而言，一般将料筒温度设置为235-245℃。必须强调的是，有时料筒温度与模内料温相差很大。由于注塑压力大，模内料温会迅速升高，有可能造成塑料分解，从而影响制品质量，所以在进行参数设置时，应保证模内料温低于塑料分解温度。
　　
　　模具温度
　　
　　模具温度是影响微孔区域成型的关键因素之一。一般，较高的模温有利于微孔的充填，而模温不平衡将严重影响微孔的充填。如果微孔区域模温太低，其它厚壁区域模温太高，在充填过程中，微孔区域熔料将很快固化，即使增加后续填充压力及射入量，也只能使更多的熔料流向厚壁区域，甚至出现在某些部位产生毛刺或胀模，而微孔区域仍然存在缺料现象。
　　
　　要保证模温平衡，必须保证冷却水路通畅、冷却水质优良。在夏季，循环冷却水极易变脏，水中含有大量砂土和铁锈等絮状物，容易将模具冷却水路堵塞，造成模具热交换变差，因此应定期更换冷却水和清洗模具水路。
　　
　　锁模力
　　
　　设置锁模力可采用制品质量恒定法。首先根据制品在分型面的投影面积大小，初设稍大的锁模力，然后固定其它参数，逐步降低锁模力直到制品件重发生突变为止，将此时的锁模力数值乘以安全系数（一般为1.1-1.3）即为锁模力设置值。如果锁模力设置过大，容易造成微孔区域排气不良，制品出现缺料、烧焦等缺陷。但锁模力设置过小，可能出现动定模配合不良，从而导致微孔堵料、分型面出现飞边等缺陷。
　　
　　预充填量
　　
　　由于电视机外壳成型普遍应用了气体辅助成型技术和微孔注射成型技术，所以预充填量应大于90％，同时应保证微孔区域*填充。如果注料完成时制品微孔区域缺料，则后续注气将难以保证补充填。一方面，因为气辅成型一般在注料完成后有1-3s的延迟时间，注气时熔料流动性已经变差；另一方面，因为注气气压比注塑压力低得多，难以推动微孔区域熔料流动。
　　
　　注射速率及注塑压力
　　
　　复杂制品注射成型一般需采用多段注射速率和注塑压力，微孔注射成型由于要解决排气、冷却、注塑压力损失等问题，故一般采用多段注射速率和注塑压力控制。
　　
　　如果模具排气良好，采用高的注塑压力和注射速率，可以保证制品顺利充填、熔合线熔接良好。有这样一个例子，在试模阶段，制品微孔区域曾在开模时被拉裂，反复修模，问题始终无法解决。经进一步分析，其原因在于微孔区域的熔合线强度不够，在开模时制品受强大的拉力而被拉裂。当提高zui后注射阶段的注塑压力和注射速率后，此问题得到了解决。
　　
　　从工艺上解决微孔成型的排气问题，可以通过设置多段注射速率和注塑压力来达到。在料流经过浇口后，采用高速中压注塑，注射速率为0.82-0.92dm3／s，料流到达通孔附近区域时改用中速高压注塑，注射速率为0.41-0.72dm3／s，这样可以有效地防止熔料温度降低过多，zui后一段根据排气需要采用低速中压注塑，注射速率为0.05-0.31dm3／s。
　　
　　对于因模温不平衡造成的缺料情况，在设置参数时，可在料流经过浇口后，前段采用高速中压注塑，料流从中段至接近于微孔区域时采用中速中压注塑。理论上温差越大，传热越快，所以适当延长注射时间可以平衡模内料温。zui后一段采用较高的注射速率和压力，以弥补料温下降所带来的高压力损失，确保微孔顺利充填。
　　
　　制品采用气辅成型后，保压由气辅设备加气完成。试验发现，增加注塑压力对微孔区域的拉白、拉裂影响不明显。
　　
　　保压压力及保压时间
　　
　　对于未采用气辅成型技术的微孔薄壁制品成型，保压压力过大、保压时间过长，会造成微孔区域的外表面凹凸不平。这是因为加强筋区域壁厚，保压补缩好，而微孔区域壁薄，难以补缩，从而造成制品各区域的收缩差异。另外，保压压力过大、保压时间过长，也会造成制品对定模钢针的包紧力增加，使制品脱模困难。
　　
　　冷却时间
　　
　　对于采用了气辅成型技术的微孔薄壁制品成型，冷却时间主要由加气时间及主流道冷却时间决定。如果模温分布不均或模具排气不良，增加冷却时间将有利于微孔部分的填充。因为增加冷却时间可以降低模温差，同时可以增加模具零件间的配合间隙，以利排气。
　　
　　（1）在微孔薄壁制品设计时，孔径一般约1mm，孔间距一般约1.7mm，微孔区域壁厚为1.5mm左右。通孔区域的背面应设置加强筋。
　　
　　（2）模具钢针区域一般设计为镶件形式，钢针的脱模斜度应为10°或更大，制品通孔区域可采用动、定模钢针对碰成型或定模单边钢针成型，钢针区域必须保证排气良好。同时，应适当扩大浇口尺寸，且浇口应开设在远离通孔的部位。
　　
　　（3）需设置较高的熔料温度。对于HIPS而言，料筒温度应为235-245℃。
　　
　　（4）通过调整水路，尽量避免模温不平衡或模具钢针区域温度太低。
　　
　　（5）模具排气良好时，应采用高注塑压力和注射速率充填。通过优化工艺参数可改善模温不平衡或排气不良等问题。
　　
　　（6）保压压力过大、保压时间过长，会造成制品通孔区域脱模时出现拉白、拉裂和表面凹凸不平等缺陷。