高光无痕注塑成型技术

浅谈高光无痕注塑成型技术 (南昌大学机电工程学院 13级材料加工研究所) 摘要: 高光无痕注塑成型技术，是近年来发展的一种新型注射成型新技术，又称高温快速热循环注射成型技术。使用此技术可以很好地复制模具表面的任何形状，使制品件表面无熔痕、无流痕、无流线、无缩痕；表面高光，达到镜面效果；提高塑件强度和表面硬度；使薄壁成型提高注塑流动性，提高产品品质和强度；使厚壁成型注塑周期可降低60％以上；无后续环境污染严重喷涂工艺，可减少工艺流程，节省能源与材料。

关键词:高光无痕成型，原理，分析

1、高光无痕注塑成型技术的基本原理

在充填流动阶段,流体流动通常遵循质量、 动量和能量守恒方程,由连续介质力学及热力学理论,可以得到一般流体流动和热传导过程的控制方程。 连续性方程:

()0t

=∙+∂∂ρυρ （1） 式中: 是哈密顿算子, 它与 ()ρυ的 “点积”为流体的质量散度,反映了流场中某一瞬间的流量发散度。 动量方程:

()υρυρ

∙+= g D D t （2） 式中: Dt

D υρ表示单位体积上的惯性力；g ρ表示单位体积上的质量力；而()υ∙ 则表示单位体积上应力张量的散度。

能量方程：

()()υτυρρυ∙∙+∙⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛∂∂-∙-=⎪⎭⎫ ⎝⎛ T P T q Dt DT C （3） 式中: T 为温度；υC 为热容,表示能量。

高光无痕注塑过程中流体流动非常复杂,常用的粘度模型包括幂律粘度模型和Cross 粘度模型。商品化数值模拟软件Moldflow 用的是Cross 粘度模型。Cross 粘度模型中聚合物粘度为温度、 剪切速率的函数,并考虑了压力对粘度的影响；不仅能描述高剪切速率时的幂律模型流变行为, 而且可以描述接近零剪切

速率时的流变行为。

其粘度模型： ()()⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-*︒︒n p T p T 11,,,τγηηγη （4） 式中: ()P T ,︒η为零剪切粘度, 可用 Arrhenius 方程表示,即 ()p e Be P T T T βηb ,=︒, B 为常数,b T 为参考温度,β为压力敏感系数；*τ为熔体剪切变稀应力；n 为流动指数。

其工艺原理是：在合模前及合模过程中对模具进行加温、合模完成后，温度达到设定条件即进行注射。注射过程中模具继续维持高温，这样可以使胶料在充模过程中保持很好的流动性。注射完成，在保压冷却时，则对模具进行降温处理，又可以大大缩短制品的冷却时间，从而提高生产效率。

2、与普通注塑过程比较，其注塑优点，技术特（难）点和技术优势

我们通过与普通注射成型加工相比，在普通的注射成型加工中，将模具温度设低时，虽然可以减轻翘曲和缩痕、缩短成型周期，但容易产生熔接痕及料纹、光泽暗、表面粗糙等外观品质不良。相反，将模具温度设高时，可以提高产品表面的外观品质，但容易产生翘曲、缩痕、尺寸不良等，同时延长了成型周期，提高了成本。

高光无痕注塑成型技术采用特殊的速冷速热温控设备，可以同时解决上述两种问题。它利用蒸汽炉产生的蒸汽或者高温水和冷却水，通过快速的交换来控制一个成型周期内模具的温度，从而使上述两种方法的优势均得以发挥。

高光无痕注塑成型，技术关难点在于模具、材料、模具温度控制机；模具的设计方面要考虑耐高温设计，适用水路设计、安装匹配等因素；注塑机的反应灵敏度要高，稳定性要好，能够实时快速反馈信号。

注射前向模具通入高温水或蒸汽（如温度为150℃），使模具的温度达到超过树脂热变形的粘流温度，然后注射熔融树脂，这样汇料前端的料温就能够保持在粘流状态，就会形成没有汇线、表面品质良好的成型品。熔融树脂注射完成后，便开始冷却工序。用冷却水使模具温度迅速下降到树脂热变形的温度（如40℃）以下。这样，可以通过加快树脂的固化速度，来缩短成型周期，解决翘曲、下陷等问题。

3、高光无痕成型技术消除产品表面熔接痕的设计要求

以snap-cover 为例，要消除产品表面熔接痕，得到高光制品，需要注塑机、模具、温控设备高光制品专用塑料、以及锅炉、冷却装置等方面相配合。

（1）模具内表面要求非常高的光洁度(一般为镜面 2 级以上) 以确保塑料制品的表面光洁度；

（2）模具中开设合理的加热、冷却管道，确保模具的快速升温和降温。高光无痕模具对冷却水管道的排布比较讲究，好的冷却水管道排布不仅可以大大提高注塑效率，而且在改善产品质量方面也起到关键的作用；

（3）模具内部的加热、冷却管道应该导热性能良好；

（4）由于高光无痕注塑成型过程是一个骤冷骤热的成型过程，因此模具的材料必须选择要能经受快速的冷热冲击、抗热疲劳好的模具钢；

（5）选用大锁模的注塑机，以确保注塑机锁模机构刚性好；

（6）设计成随形水道等。

用Moldflow进行模拟，得到传统成型技术和高光无痕成型技术的注射压力及熔接线的对比图，分别如图3-1和图3-2所示。

图（a）传统成型技术图（b）高光无痕成型技术图3-1 成型技术和高光无痕成型技术的注射压力对比图

图（a）传统成型技术的熔接痕

图（b）高光无痕成型技术的熔接痕

图3-2传统成型技术和高光无痕成型技术熔接线的对比图根据图3-1和图3-2所示，高光无痕成型技术的注射压力比传统成型小，且

前者在塑件制品中的温度分布较均衡，熔接线比较少。

高光无痕注塑可消除产品表面溶接线、溶接痕、波纹及银丝纹，彻底解决塑料产品的表面缩水现象，并使产品表面光洁度达到镜面水平，几乎可以完全再现模具的表面状态，达到无痕的效果。产品不需要喷涂的后续加工，有效降低成本，缩短交货时间。此外，高光注塑还可解决加纤产品所产生的浮纤现象，从而使产品品质更加完美。在薄壁成型中，在高温下注入熔融树脂有助于提高注塑流动性，降低注射压力，避免浇不足和困气等问题，提高产品质量与强度。而且通过成型后的速冷，也可以降低收缩应力，使脱模变得容易。同时它也可使厚壁成型注塑周期降低约60-70%。

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