PEEK注射成型工艺.pdf
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1、PEEKPEEKPEEKPEEK注射成型指南注射成型指南 大部分标准往复螺杆注射成型机能够加工成型PEEK 聚合物和混合物。可以很容易地大批量生产复杂的高性能 部件而不需要进行退火或传统的机械加工。 鉴于PEEK独特的耐高温性能和昂贵的成本价格,为了最大限度地减少产品的废品率,在进行PEEK注塑加工时必 须要注意: 在进行PEEK的物料输送时,一定不要把其他的塑料原料混入PEEK中,例如在干燥干燥PEEKPEEKPEEKPEEK时要彻底清时要彻底清洗洗 干燥系统,在加料时要保证料斗和真空输送系统没有其他残留物料干燥系统,在加料时要保证料斗和真空输送系统没有其他残留物料。由于PEEK的加工温度范
2、围为350- 390C,在此温度下,许多塑料会发生严重的降解,即使是微量的其他塑料在降解时会严重影响PEEK 注塑件的最终质量和性能 为防止熔体降温产生冷料而造成流道堵料,需将功率足够大的加热器安装在喷嘴处需将功率足够大的加热器安装在喷嘴处,以保证喷嘴 处的温度不低于推荐的设定值 为了获得良好的充模效果和制品质量,在设计模具时要尽量采用大而短的流道和浇口采用大而短的流道和浇口,主流道最 小应该有4mm厚,浇口的尺寸一般不低于制件壁厚的2/3,同时模具的型腔和型芯表面温度要达模具的型腔和型芯表面温度要达 到到1 1 1 175757575 C C C C- - - -202020205 5 5
3、5 C C C C以保证最佳的结晶度和充模特性以保证最佳的结晶度和充模特性 1、简介 PEEK 聚合物是一种线性芳香族的半结晶态热塑材料,是能够在传统热塑性塑料设备上加工的高性 能特种工程塑料。 PEEK 聚合物和混合物的形式包括:粒状、粉末状或精细粉末状。在注射成型、挤出、单纤丝和导 线涂层操作时,一般推荐使用粒状材料。粉末状材料用于改性混炼,而精细粉末状材料通常用于涂层 加工和模压成型。 2、PEEK 聚合物的加工准备和处理 PEEK 聚合物通常被密封在聚乙烯袋子中,再装入硬纸板箱中。我们极力建议在运输和存储过 程中,把材料密封在原包装中。当需要使用材料时,必须在干净的环境中打开箱子,并防
4、止污染 物料。没有用完的材料都必须尽快重新密封,并存储在干燥的地方。 2.1干燥 虽然供应的PEEK 聚合物材料名义上是干燥的, 但聚合体颗粒一般会吸收0.5% w/w 大气水分。 为了得到最佳的成型效果,必须干燥粉末和颗粒,使其水分含量少于 0.1% w/w。将材料置于空 气循环炉中,在在150150150150 C(302C(302C(302C(302 F)F)F)F)的温度下最少干燥的温度下最少干燥3 3 3 3小时,或在小时,或在160160160160 C C C C (320(320(320(320 F)F)F)F)的温度下干燥的温度下干燥2 2 2 2小时。小时。 材料应该在多层
5、盘中展开,层厚大约25mm(1 inch)。在干燥或任何其它操作过程中,必须小心在干燥或任何其它操作过程中,必须小心防防 止引入其他杂质止引入其他杂质。因此,除非有适当的隔离措施防止污染,我们建议其它材料不要与PEEK聚 合物共用一个干燥炉。 2.2回收处理 对热塑材料来说,把流道料回收后加入到纯净材料里是提高生产效率的一种常见做法。PEEK 聚合物也可以用这种方式进行回收处理。但是,回收料的加入量可能影响成型的质量,并且增加 交叉污染的几率。由于PEEK聚合物相当高的加工温度,即便是少量的其他材料的存在也会给 注塑件的质量带来严重的影响。建议回收料加入量上限为:不含填充物的聚合体是 30%
6、w/w, 含填充物的化合物是 10% w/w。 2.3热稳定性 在加工温度下,PEEK 聚合物与混合物是热稳定的。如果生产过程中的停顿导致熔体在料筒中 的停留时间小于1小时,在 360C的温度下,该材料不会出现明显的降解。但是,如果停顿时间如果停顿时间 超过超过1 1 1 1小时, 料筒温度应该降到小时, 料筒温度应该降到340340340340 C C C C。PEEK 聚合物材料可以在该温度下连续几小时保持稳定 ; 当继续加工时只需提高料筒温度。如果停顿时间可能造成熔体在料筒中的停留时间超过3小时, 则应该清洗螺杆和料筒。无论停留时间增加了多少,最好丢弃重新生产后的最初制件。 3、机器设计
7、 PEEK 聚合物以及基于 PEEK 聚合物的混合物可以很容易进行注射成型。但是,由于熔化温度很 高,需要考虑某些设计和加工参数。 3.1料筒温度 为了成功加工成型PEEK 聚合物,与注射成型机料筒相连的加热器必须能加热到与注射成型机料筒相连的加热器必须能加热到400400400400 C C C C。大部 分注射成型机无须调整即可达到这样的温度。在需要调整的特殊情况下,通常需要安装更高温度 范围的控制器和陶瓷加热器。 为了实现正确的加料,进料口应该保持在 70C和 100C之间。沿螺杆和料筒把热量传到加料斗 会降低加料的效率。 加料段的温度控制可以通过水冷却实现, 但是必须注意保持后部区域的
8、温度 。 3.2料筒容量 由于 PEEK 聚合物的加工温度很高,物料在料筒中的停留时间必须尽量缩短。理想情况下, 料筒的容量应该为整个注塑件重量(包括注入口和浇道)的2到5倍。如果需要在型号较大的 机器上进行成型加工PEEK 聚合物, 那么加料段的设置温度要比推荐温度降低 10C 到 20C。 3.3喷嘴和切断系统 在常规操作过程中,整个循环周期的大部分时间内,料筒的喷嘴与浇口衬套接触。浇口衬套的温 度大大低于熔化物和喷嘴。PEEK 聚合物熔点很高,如果温度降到 343C(649F) 以下,熔化 物将很快固化。因此,需将足够大的加热器安装在喷嘴处,以防止物料降温和产生需将足够大的加热器安装在喷
9、嘴处,以防止物料降温和产生“冷料冷料” ”。一 般情况下,加工 PEEK 聚合物时不要使用扩展型喷嘴,因为它们很可能使熔化物在喷嘴中冷 却固化。 在推荐的加工温度温度范围内,PEEK 聚合物一般有足够高的粘度采用开放型喷嘴系统。建议 不要使用自锁式喷嘴,因为它们常包含熔化物“死点”,并限制了注塑压力。如果喷嘴出现过大 的流涎,在加工循环过程中可以稍微降低熔化压力。 3.4注射压力和锁模力 注塑成型的注射压力随系统的不同而不同。 但是, 一般说来, 注塑机的液压压力很少超过 14MPa, 二级保压压力很少超过10 MPa。推荐的注塑压力为70 - 140MPa,保压压力为40 - 100MPa。
10、为了 获得均匀的熔体和稳定的注塑量,背压一般设定为0.1 - 2MPa。螺杆速度设定范围为50-100RPM。 为防止破坏纤维结构,对增强的树脂牌号建议设定较低的螺杆转速(50-60RPM) 。 模具和流道的投影面积决定了在最大注射压力下防止模型分开所需的锁模力。普通 PEEK 聚 合物的典型值是 50 - 80 MPa,纤维增强混合物的典型值是 65140 MPa。与结构短粗的注塑件 相比,结构细长者需要更大的锁模力。 3.5螺杆设计 可以采用通用型和“尼龙”型的螺杆加工 PEEK聚合物。 如图1所示的两种具有适当长径比(L/D) 的螺杆。 图1用于加工 PEEK 聚合物材料的螺杆类型 推荐
11、最小的螺杆 L/D 比为 16:1,L/D 比最好位于 18:1 和 24:1之间。为避免未熔化的微粒进入 螺杆的压缩段受到挤压,需要使用较长的加料段。压缩比应该在2:1到3:1之间。 通常在螺杆顶端安装止回环以保证形成足够的、持续的注射压力。止回环的间隙应能保证螺杆向 前推进时熔体不受限制地流动。对于中等型号的注塑机,止回环与螺杆顶端的间隔为0.305cm。 4、模具设计 使用许多现有的模具,可以很容易地加工 PEEK 聚合物以及化合物。但是,为了使成型加工成功, 必须遵守某些设计规则。 4.1熔体流动 主流道最小应该有主流道最小应该有 0.4060.4060.4060.406 cmcmcm
12、cm(0.16(0.16(0.16(0.16 in)in)in)in) 厚,并尽可能短一些厚,并尽可能短一些。主流道直径较大有助于复杂的、流 程长、薄壁结构充模。PEEK 聚合物构件及主流道衬套的最小锥度为2,以保证成功地脱模。 如果可能,主流道的设计应该包括“冷料井”。 PEEK 聚合物要求模具采用具有较大厚度的圆形或梯形浇道。熔体流程应该尽可能短一些,并 避免方向突变。所有等级的 PEEK 聚合物都适于热浇道成型。但是并非所有的热浇道系统都 有足够的稳固性可以用于生产PEEK聚合物材料。 1通用螺杆2计量段5 L/D 3压缩段6 L/D4加料段9 L/D 1尼龙型螺杆2计量段6 L/D 3
13、压缩段2 L/D4加料段12 L/D (1)(1)(1)(1) (2)(2)(2)(2) (3)(3)(3)(3) (4)(4)(4)(4) (1)(1)(1)(1) (2)(2)(2)(2)(3) (3)(3)(3) (4)(4)(4)(4) 4.2浇口 模具浇口尺寸和类型取决于熔体的体积、型腔数以及注塑件的几何形状。大部分浇口适用于 PEEK 聚合物成型,但是尽量避免细长的结构。浇口应该尽可能大一些浇口应该尽可能大一些,推荐的最小浇口直径 或厚度:对普通 PEEK 聚合物是 0.102 cm (0.04 in),对改性物是 0.203 cm (0.08 in)。主流道 尺寸应该是制件厚度的
14、1- 1.5 倍。应该尽可能避免使用潜伏式浇口。 4.3收缩 与所有注射成型的热塑性材料一样,PEEK 聚合物构件在模具中冷却时会发生收缩。收缩的原 因是热胀冷缩和PEEK熔体的结晶。 PEEK 聚合物以及混合物是半结晶热塑性材料,这种半结晶性与它的许多突出物理性质有关。 可以通过熔体温度和模具温度来控制结晶度。 影响注塑件收缩率的因素有: 模具收缩率实验 进行收缩率实验的牌号有450G, 381G, 151G, PEEK-HT, 450GL30, 450CA30, 450FC30, 150GL30 and 150CA30,实验方法和条件为: 在注塑前,所有的树脂都根据要求在120C的干燥炉中
15、干燥一夜; 实验样品的截面为150mmx150mm,有两种厚度(分别为3mm和6mm) 。模具为一模一腔 , 采用扇形浇口。动、定模都需加热,采用90T的注塑机; 具体的加工工艺见后面的操作条件; 随机抽取3种不同的牌号/温度/厚度组合样品。注塑样品放置1周后分3处测量长度和宽度 取平均值,同时也测量了模具冷却后的模腔尺寸; 为了研究退火对收缩率的影响, 对2种不同的型号/温度/厚度组合样品进行了退火处理 (烘 箱温度为220C,保温时间为2小时)后测量其收缩率。为了获得最大的退火收缩率,加 工注塑样品时的模具温度为210C 表1中的“流动方向”和“垂直于流动方向”收缩率差异代表 PEEK 聚
16、合物成型中典型的最 小和最大值。扇形浇口造成熔体、纤维取向和结晶,所以取向水平较低的模具收缩率应在这两个 极值之间。表1中的退火收缩率是通过热处理(为了达到最大的结晶度)获得的。如果注塑件将 来在高温环境下使用,其收缩率有可能达到退火收缩率。 大部分注射成型机具有多级注射能力。为了降低模具收缩率和增加充模性能,当模具充满时,须 施加二级保压压力。可以通过在模具设计阶段尽量减少壁厚来防止出现严重的制品收缩率。 材料性能材料性能模具和流道设计模具和流道设计加工工艺参数加工工艺参数 结晶温度注塑件的形状熔体温度 结晶速度注塑件的厚度模具温度 最大的结晶度流道的长度和截面形状注射压力 填料含量浇口的类
17、型、大小和位置保压压力 熔体粘度排气模具导热率 吸水量其他后处理 .表1PEEK 聚合物的典型收缩率 树脂牌号树脂牌号壁厚壁厚模具温度模具温度流动方向收缩率流动方向收缩率垂直于流动方向收缩率垂直于流动方向收缩率 450G450G450G450G 3mm 170170170170 C C C C1.21.21.21.21.51.51.51.5 210210210210 C C C C1.41.41.41.41.71.71.71.7 退火处理退火处理1.61.61.61.61.91.91.91.9 6mm 170170170170 C C C C1.71.71.71.71.81.81.81.8 2
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- PEEK 注射 成型 工艺
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