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塑件成型后如何处理
作者:管理员    发布于:2018-04-03 09:08:11    文字:【】【】【

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由于原料特性和成型工艺所导致的各种原因,如模内冷却速率不均,导致材料的结晶不均、分子取向各异,形成塑件收缩差异;或过低的温料和过高的注射压力令塑料分子高度压缩,形成内应力,二者都会产生塑件变形、开裂等现象。
通常按塑件出模后的表现而决定使用何种后处理方式,如塑件开裂或微裂、材料脆弱、翘曲变形等,就应分别采取热处理 (退火)、调湿处理 (水浴) 和强制定型(夹具) 等措施。
一、后处理
1.热处理 (退火)
热处理的作用:一是被急速冻结的分子链在受热下得到最大程度的松弛,令取向的子链段回复到自由状态;二是增加材料的结晶度及稳定结晶构型,回复结晶塑料的伸展性和柔韧性,从而消除内应力。
退火处理的方法是将出模后的塑件 (带有余热)随即放进盛有一定温度的液体介质中(常用自来水),或放入可产生一定热空气的箱体设备内一段时间,然后将塑件取出,逐渐冷却到环境温度的处理过程。
热处理温度一般选择在高于环境温度20摄氏度到低于塑料热变形温度 (原料干燥温度)之间。 如选择过低的温度,则达不到热处理的目的;过高的温度反而产生更大的翘曲变此,普遍的设定原则是:低温长时间、高温短时间并以塑件变形最小和能够消除内应考标准。
2.调湿处理 (水浴)
调湿处理主要是改善成型塑件脆性的问题,如PA塑料;其次是具有热处理的作用,可消除塑件的内应力,如ABS塑料开裂。
调湿处理的作用:对吸湿性较强的塑料如PA特别有效,将带有余热的出模塑件放入热水或冷水中,一是使塑件与空气中的氧气隔绝,避免塑件产生氧化反应;二是可子的吸湿达到吸湿饱和而平衡内应力;三是急速冻结作用令塑料的结晶度低、伸长率大、韧性和柔软性增强,从而改变材料的脆性及消除内应力。
用作调湿处理的液体介质虽然有很多,但通常采用方便及经济的自来水,调度通常根据塑件缺陷的改善程度而定,有时只需很短时间的水浴,就可改善PA塑件的脆性,有时为了解决如AB5 塑料的开裂问题,需要4~24h的调湿处理。
3. 强制定型 (夹具)
为了解决结晶性塑料塑件出模后翘曲变形的问题,如果采取模内长时间冷却的方会影响到生产效率。为此,多数情况下都采用预制的定型夹具实行模外强制定型。出模后还处于余热状态的塑件,使用强制式定型夹具对变形部位进行反向涨开或反向压迫,让塑件在夹具上自然冷却到常温状态为止,这样变形的部位因被再一次的强制定型,出现收缩变形的程度就相当小,特别适用手面积大、胶壁薄或盒状等塑件。
二、塑件二次加工 (塑料表面处理及装配)
塑件的二次加工方法有许多,现主要介绍塑料表面处理及装配方面最常见的方法如印
刷及装饰的丝网印刷、移印、热烫印、强化及美化的喷涂、电镀以及装配用的粘接剂高频
感应和超声波焊接工艺。
1. 塑料丝网印刷
印刷机所用的丝网是一张精细织成的纤维网,其文字或图案通过微小网孔的油墨形成,一般被平整和牢固地粘贴在一个框架上,在丝网面上放融入一定份量的油墨,然后将丝网压在塑料塑件的印刷表面,经压扫推压油墨通过网孔井积聚在塑件的表面,从而完成过程。溶剂性的油墨需要干燥处理,因此,紧接之后的印刷工序通常是热风烘干工序。
对于油墨方面的质量要求如下:
1)不会在丝网上凝聚成水珠。
2) 经压扫推压后油墨容易通过网孔。
3) 能均匀地粘合在塑件上,不容易脱色。
丝网印刷机通常可作平面或滚筒操作,适用在平面或圆筒形状的塑件印刷,其他不规则的印刷面塑件则不适用于丝网印刷。
注:压扫通常使用软性的长条形物料 (如PU塑料)镶嵌在木制或金属制的手柄上。
2. 塑料移印
最早的移印机是手工操作的,印刷速度很慢,连续运转时保持印刷质量极为困难。随着科学技术的发展,现在较多使用的是采用程序式控制的气动或伺服电动机驱动的机器,印刷的精确度和质量都较高,速度的快慢可任意调节及运行过程非常平稳。
移印工艺的过程为:预先在机器的操作台安装待印塑件的定位夹具,在油墨槽内安装及固定带有文字或图案的凹字钢制印版,经调整及确定塑件印刷位置软性油笔给印版上油墨,油笔前面的刮刀随即将印版上的表面油墨清除,然后印台印版的凹字油墨转印在软住的印台 (硅酮印台)上,最后印台臂上升前行到预定的印刷位置上,将软性印台的油墨转印在待印塑件上,从而完成一个循环的转移印刷过程。
上述的工艺过程为单色印刷,双色的移印过程是使用双油墨槽及双印台过程,其工作原理不变。
移印工艺的重点是掌握和控制好油墨中溶剂的干燥速度,也是保证移印质量的关键。
3.塑料热烫印 (热转移印)
热烫印使用烫印箔可一次性在塑料表面形成单色或多色的文字或图案装饰,设备操作简单,生产成本较低,而且还具有以下优点:
1) 一次烫印多色,最多九种色。
2)移印箔上的保护层可使图案不易脱色及耐磨,并可达到特殊的化学特性要求。
3) 热烫印还具有各种特殊的装饰效果,例如:
(1)各种装饰纹,如木纹、拉丝纹、皮革纹等。
(2)各种色调,如半透明、半色调、高光金银、高光配亚光组合,连续渐变色等。
(3)触感线条或图案(0.15mm厚)。
具有各种优点的热烫印全赖于烫印材料的不断开发与应用,较为普遍的烫苯乙烯、丙烯酸系塑料、ABS、醋酸纤维塑料及聚氯乙烯等。
4. 塑料喷涂处理
喷涂的操作工艺比较简单,通常使用雾化性良好的气动喷漆枪,均匀地对塑件的装饰表面喷上塑料漆,其后经一定时间内的烘干处理。喷漆可以用手工操作,亦可自动化操作。
(1) 塑件使用喷涂的好处
1)塑件调色很困难,使用喷涂可容易配上各种颜色,且所配颜色比较稳定。
2)提高塑件外观质量,如可盖住熔合线、焊缝、黑点及色斑等。从而改变廉价塑料的形象。
3)改变塑料特性,如喷涂后使塑料不带静电,从而防止灰尘吸附;或提高塑料的导电性、耐火性和耐磨性;或增加塑料的耐溶剂性、耐化学性。
4) 提高塑料表面硬度,从而提高塑件的耐用性。
(2) 塑料漆的特性与喷涂质量的关系 由于塑料种类繁多,特性各异,因此所用的塑料漆必须具有以下的特性,否则就达不到喷涂工艺的目的。
1) 耐热性。热塑性塑料由于热变形温度和导热性较低,在烘干处理时容易变形,而且塑料的线胀系数高,漆膜会因材料膨胀而脱落,因此,对设定烘干处理温度极为重要,通常的设定温度要低于塑料的热变形温度5 – 10摄氏度。
2) 耐溶剂性。如果塑料的调色不当,喷涂时便会出现渗色。如用PS 系塑料的再生料塑件,烘干过程出现开裂的机会就大,或者因模塑条件的影响,漆层会因应力而开裂。因此,对耐溶剂性较弱的塑料,涂料的稀释剂通常都用乙醇含量很高的溶剂、或塑件需经事前检查和退火处理。
3) 附着性。塑料漆基本上是按漆与塑料的溶解度参数制造的,因此,对每一种塑料应使用合适的塑料漆,通常可查询制造厂的技术要求。
在选对了塑料漆的情况下,如出现附着性差的问题,首先应检查塑件表面是否粘有脱模剂,因为脱模剂会降低漆膜的附着力、耐水性和耐化学剂性。清理脱模剂通常使用乙醇预处理,或用砂纸打磨;其次是检查塑件是否受灰尘污染;或检查是否存在模塑工艺方面的原因。
(3)喷涂工艺的发展和应用 在塑料漆的喷涂工艺方面,大部分是以手工喷涂为主,其工艺简单方便,少数使用自动喷涂,以提高生产效率,但可操作性较为复杂,如使用静电喷涂法,包括空气雾化和电雾化。由于塑料一般为绝缘体,采用静电喷涂通常要使用防静电剂加以处理,使之具有导电性。
目前塑料漆的应用主要在ABS、PP、PVC、PS、改性PPO塑料上。随着塑料表面处理方法的增多,金属纹理、金属光泽漆(闪光漆)、硬质涂层、天鹅绒或羔皮式软质涂层等也会有越来越多地得到应用。
5 塑料电镀
塑料电镀是将塑料的突出性质与金属镀层的性质相结合的一种工艺技术,并大量应用于ABS塑料上,使之具有防止塑料基料老化、磨损以及提高结构性能的功效。
电镀工艺过程较为复杂及处理工序较多及严谨,主要有预电镀处理和电镀处理两大部分。
(1)预电镀处理工艺
1) 清洁。首先将塑料表面清洁干净,除去油脂、散粒、灰尘、指纹等以防后工序中会产生的化学反应。
2) 浸蚀。将ABS 塑料浸入铬酸及硫酸的混合液中,温度为60~70摄氏度,使混合液与分布在基体的料粒产生选择性反应,并将塑料熔解,在塑料表面上形成亚微观的微孔,便乎金属淀积物能牢固附着。
3) 中和。用无机还原剂(如胼化合物或过氧化氢) 的水溶液中和,将六价铬变为三价铬。其目的是要确保无任何六价铬化合物残留在塑料表面而影响其他处理质量。
4) 活化。由于塑料是不导电的,如果通过无电程序(化学原理),便能使金属淀积在塑料上。活化的作用是要在浸蚀塑料上产生一个催化表面,产生金属淀积而金属核亦会在塑料表面起催化剂作用。
5) 无电解液。塑料经活化及清洗后,便放人无电解液中淀积金属 (如镍或铜) 无电解液通常含有一种强力还原剂,一种铬盐及多种缓冲盐。塑料浸入无电解液后,它的催化表面引起还原反应,使金属淀积在塑料表面。
(2) 电镀处理 塑料的电镀程序与金属的电镀差别不大,在进行电镀前,使用碱性清洁液特有污渍的塑料件浸在5%的硫酸中,从而使电镀层与无电解层之间产生强的结合力。
电镀最常用的次序为纯铜、纯镍及纯铬,如果在预处理时使用无电解镍溶液,使有一层厚度为2~5mm 的半纯镍逐渐淀积在塑料件上,能增加塑料件在铜电解液中的导电性,铜电解液为含有60g/L 铜和60g/L硫酸的纯酸液。
塑料表面的铜镀层有两个主要作用,它使浸蚀表面变为平滑,增加表面美感以及作为塑料与后来镀上的金属之间的缓冲体,吸收及减少塑料与金属因热胀系数差别而产生应力,这个铜镀层对ABS 塑件尤为重要。
无论使用哪种电镀液,其处理过程应确保镀层产生最小应力为控制点,使用时间过长的电解液会产生应力大的镀层,因此应经常用活性炭来净化。
6. 塑料粘接结合
塑料粘接需要使用粘接剂,工业用粘接剂为合成树脂或合成橡胶类,主要利用化学聚合或交联反应或溶剂挥发产生粘接作用。
(1)粘接剂的特点及种类 粘接与焊接相比,可在常温下使用;可粘接复杂形状或异质材料;有良好的封闭(气、水)性等优点。但对粘接剂也有一定的使用要求,如要有流动性;用毛细作用使粘接剂渗入到细小空隙;涂匀后应固化保持其强度;溶剂无毒性和耐火性。
塑料粘接剂种类有很多,主要有下列几种:
1) 溶液型——用溶液溶解粘接剂,如橡胶水。
2) 复合型——粘接剂和固化剂起反应,如环氧树脂。
3) 热溶型——热可塑树脂溶解使用后再冷却固化,如热溶胶。
市场上没有一种万能的粘接剂可以结合所有类型的塑料材料,选择使用适当的粘接剂需要专门的知识和技巧,因为不同的粘接剂,有不同的性质以及使用条件、使用方法和适用对象,应加以区别使用。
(2)粘接剂的使用 粘接剂的使用范围很广泛,可连结热塑性塑料与不同性质的材料,如同类或不同类的塑料、金属、木材、陶瓷及玻璃等。虽然用途如此多,但也有一定的局限和缺点。例如,在某些情况下不可使用,或在装配使用过程很困难及准确地涂在只需要结合的塑料表面。其中,最重要的是它的连结过程很慢,常常影响生产效率。
使用粘接剂时,连接部位必须符合下列条件,才能保证粘接质量。
1) 连接部位的设计,在形状及大小两方面需作适当的配合。
2)连接部位不需要光滑,表面粗糙或最好有蚀纹。
3) 连接部位需要清洁,表面上没有水份、灰尘或油污。
使用粘接剂,最佳的粘接材料为非结晶或少结晶性的热塑性塑料,如ABS、PMMA、PC、PPS、PPO、纤维素塑料及乙烯基塑料;对热固性塑料、结晶性热塑性塑料如PE、PP、PA很少使用,对这类塑料的连结需用其他方法。
7. 塑料高频感应焊接
高频感应加热是利用机内振荡管输出振荡频率(300 ~ 500KHz) 到振荡线圈 (通常为状铜管及管内水冷却装置),铁质金属在振荡线圈内受高频感应产生高热。这种感应加热置被广泛应用于金属及塑料加工上。
塑料的焊接过程为:振荡管灯丝经过3~5min的预热,调节好栅极电流 (通常0.1~1A 范围) 及屏极电流(通常为0.5 ~ 1.5A 范围)、熔合时间和固化时间等焊接参数,以及安装及调节好压合模具,然后在一定的气压下,由气缸推动上模,将预埋铁线的焊接塑件压合,经过一定的感应时间使焊接面内预埋的铁线产生高热,从而将塑料接合面熔合和固化,最后开模取出焊接件,完成塑料高频感应焊接过程。
高频感应的焊接质量一般受模具工艺和调整工艺参数的影响,例如,模内的感应线圈与预埋铁线之间是否保持均匀的3~5mm 距离,感应线圈的水道是否通畅,栅极电流及溶合时间是否合适等。
高频感应焊接的优点在于,塑料焊接的适用范围较广,只要具有一定表面强度的热塑性塑料都适合使用,不像超声波塑料焊接那样受过多塑料材料的局限。其缺点是需要在塑料焊接表面增加专用的铁线或铁网,以及要有良好的接触面配合要求。
塑料高频感应焊接的生产效率不及超声波焊接方法高。
8. 塑料超声波焊接
超声波焊接方法是将20KHZ 的高频传送到能量转换物体(换能器)上,由换能器的机械运动所产生出超声波振动,通过焊头传送到两件塑件的接合面之间,材料便产生高速摩擦,由磨擦而生热,当达到塑料的熔化温度时,塑件的两个接触面便产生熔合接合空间。在振动停止后还需对接合部位施加持续压力,保持软化的塑料能完全固化,从而完成超声波焊接工序。
超声波焊接机主要由电箱部分与机架部分组成。
(1) 超声波产生及传送器件
1)变频器。变频器是将电压频率50Hz 通过电子技术转变成20kHz 的高频,向换能器提供振动频率及电能。变频器的输出功率以负载(W) 为单位,不同的焊接机有不同的输出功率,通常为150~3000W。
2) 换能器。换能器是利用钛酸锆酸铅物体的压电特住 (随电压的极性不断转变而膨胀或收缩),在不会改变频率的情况下将电能转变为机械振动能,并将能量传送到焊头。
3) 焊头。焊头是使用具有良好传声性质(传送振动时能耗较少)及高强度的物料(常用为钛) 制造。焊头的作用是将机械振动能放大和集中以及传送到塑件上,使能量得以充分地利用。
4) 塑件固定夹具。塑件固定夹具的作用是将塑件及焊接部位适当地对准和固定超声波能量由焊头传送到接合面,从而达到良好的焊接效果。如果塑件在焊接过程出现有任何的松动,即表示夹具配合不良,可适当采用弹性物料加以改善,或可直接用弹作固定装置,代替较坚硬的物料。
(2) 塑料的焊接性 超声波焊接塑料的先决条件是两种塑料之间结合要有相同的度,熔化温度如果相差17摄氏度就足以降低塑料之间的可焊接性。此外,如果两种塑料有相同的分子结构,也能够获得理想的焊接效果。塑料的可焊接性通常受熔化温度、弹性模量及其结构等因素影响。
1) 非结晶型塑料。由于非结晶型塑料的分子是任意和自由排列的,因此所需的软化或熔化温度范围较宽,塑料可以逐渐熔化及流动而不会过早固化,这类塑料的超声波能量效率较高,因此塑料焊接时所需的超声波能量较小,是优良的可焊接性材料。
2) 结晶型塑料。由于结晶型塑料的晶体排列规整,因此所需的熔化及固化温度高,以及晶体树脂在固态时的分子呈弹簧状,能吸收振动,对超声波能量的传送效率较低。因此塑料焊接时所需的超声波能量要比非晶型塑料高,是次等的可焊接性材料。
(3)异类物料焊接
1) 金属嵌件。多用于塑料壳体的螺纹金属嵌件,利用超声波能在金属嵌件及塑料界面之间产生热能,将嵌件附近的塑料熔化,在加压时流过嵌件四周,然后固化。
在嵌件镶嵌过程,由于只是局部产生高热,熔化的塑料量非常小,以及外围有大量帮助散热,使塑料熔化后即迅速固化,因此塑件所受应力非常小,加工周期时间也很短。
2) 超声波铆接。 通过超声波铆接方法,可用来铆合两种不何材料及不能互相焊接的塑件,或用来固定两个塑件的相对位置。超声波焊接方法最常见的应用是利用塑料凸柱将金属与金属或金属与塑件铆合。
(4) 塑料超声波焊接的优点
1)焊接速度快。超声波的焊接时间很短,通常为30件/分,因操作时间短而常用于自动生产线。
2)焊接效果一致。 只要接合面设计完善,焊接参数调整正确,便可获得清洁及一致的焊接效果,它不受操作工人的安装因素影响。
3)接合强度高。超声波焊接是将苏老熔合起来,因此可产生出无内应力的高强度接合质量。
4)用途较广。除了可焊接同类塑料外还可以焊接异类材料,如金属件装嵌、异类材料铆接。

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