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PP改性塑料旋转成型的特点与研究
编辑:慈溪颖兴电子科技有限公司  时间:2016-07-04

    PP改性塑料旋转成型是塑料成型加I中新近发展的一种新颖的成型方法,主要用于加工中型、大型或超大型中空制品,如搬运箱、翻斗车皮、帆船船体、衣用模特、工业r槽和贮罐等,加工的最大容器可达1万l.这是注射成型和吹塑成型难以实现的,而且旋转成型加T:的产品壁厚均匀、尺寸稳定、无成型缝、无边角废料,是一种经济而有效的成型方法。

  1成型原理与成型特点首先将一定量的塑料粉末置于成型模具的下半模(成型模具一般由钢板或铸铝制成,壁较薄)中,合上上半模,将整个模具移到加热炉中进行加热,并使模具进行双轴旋转,翻滚的粉末与热模具的内表面接触,并逐渐熔融成均匀的熔体。随着模具的不断旋转,物料不断地吸热而熔融,熔化的物料熔体被均匀地涂覆在整个模具的内表面上。然后将模具从加热炉中移到冷却室内进行冷却固化。此时模具仍处于双轴旋转状态,一直到物料完全固化为止。最后打开模具。取出制品。旋转成型具有下列特点:从旋转成型的原理可以看出,旋转成型加中模具不承压,因此使用的设备和模具结构简单、制造方便。如生产同体积制品,其费用低于注射成型和吹塑成型。旋转成型的投资约为注射成型的研制周期短,一般从模具设计到制得合格制品为6~8周;特别适合于加工形状复杂的大型中空制品,这是其它成型工艺无法比拟的;改变一次加料量并调节成型周期,就可用同一模具生产出不同厚度的制品;通过不同材料组合,可生产加工出综合性能好的多层制品,如外层冲击强度高、内层耐化学药品性好的双层制品;制品壁厚均匀,且无边角废料,无焊缝;为无压成型,制品几乎无内应力,不会产生变形、开裂现象;换色容易,当需要改变制品颜色时,只清洗成型模具即可2探讨与研究简单而实用是旋转成型的一大优点,但同时也给该技术带来了一些先天不足的缺陷。比如,制品内部易产生气泡,而表面则易出现孔洞;制品易出现弯曲、收缩现象等。这些现象不但影响了制品的外观形象,而且更重要的是严重地损害了制品的力学性能。因此研究气泡的形成和消失,以及弯曲、收缩现象的形成与消除等将对提高旋转成型制品的质量具有十分重要的意义。

  2.1气泡的形成与消失将塑料粉末放在-张可加热的钢板上,用一无底玻璃容器将粉末罩住,可以发现钢板被加热后与其直接接触的粉末开始发粘(各种不同塑料粉末的发粘温度为65~93丈),当温度进一步增高时,这部分粉末被熔化,熔料在重力的作用下开始流动,并在钢板的表面上形成一层液体薄膜。然后熔料上面的粉末在重力的作用下向下移向熔料,而最先熔化的熔体穿过粉末粒子之间的间隙向上移动,形成一个较高的液面。于是,已熔和未熔粉末形成了两大运动部分u正是在这种物料的运动过程中,尤其在粉末的下落运动中,空气被留存而形成气泡。图丨示出塑料粉末熔融过程中气泡的形成状况。

  实际上,塑料粒子粘在一起时空气很容易被留存在粒子之间,因而所有的塑料粉末在初始熔融阶段都含有气泡。但是当温度继续升高时,气泡尺寸开始逐渐减小,直到最后消失。示出不同熔体流动速率(MFR)的物料随温度升高气泡直径减小温度/V气泡直径与温度的关系的趋势。各种物料气泡的消失过程都很相似,主要有3个因素:当熔融温度升篼时,引起气泡内压力增加。

  根据表面张力定律,如果气泡压力增加,它的半径必然减小。

  当熔融温度升高时,物料的分子结构被破坏,粘度变小,因而气泡中的空气分子能顺利地穿出培体而升到熔体表面以上的空间。

  高温时气泡内的氧气通过与周围物料进行氧化反应而减少。

  2.2减少或消除制品中气泡的方法在工业生产中,常采用提篼加热温度的方法来减少或消除制品中的气泡。因为当提高加热温度、延长加热时间时,物料粘度减小,气泡扩散更容易,同时因为有更多的时间,使气泡扩散也更彻底。这种方法对消除制品气泡虽然很有效,但也带来了一定的副作用。比如:①增加熔融温度将导致成型周期延长,因而降低了生产效率;②在篼温条件下物料易被氧化,致使制品的力学性能降低,特别是冲击强度尤为明显。

  示出5个成型峰值温度不同的聚乙稀(PE)制品所具有的不同冲击强度。从可以看出,5个制品中峰值温度为最小和最大值的两个制品的冲击强度特别低:峰值温度为125T的制品是因为粉末粒子在125时还没有完全均匀地被熔化,制品的表面很粗植,因而冲击强度很低;而峰值温度为250t:的制品在250时粉末已完全被熔化,制品的内外表面都很光滑,但是由于物料在篼温下被氧化而降解,因而制品的冲击强度大幅度降低。

  因此提高加热温度、延长加热时间来消除制品中留存的气泡是有限度的。既然从外界的加工条件上不易解决制品气泡问题,那么就要从原材料本身的特性上来探讨解决办法。

  峰值温度/"C峰值温度不同的PE制品的冲击强度为了确定哪一种PE在旋转成型时易于形成气泡,在标准条件下,选用旋转成型常用的10种PE进行了试验,其结果列于表1.从表1可看出,大部分MFR等于或大于8.0g/10min者无气泡产生(含炭黑者例外),也就是说,低粘度的PE不易留存气泡。

  表1 10种PE的MFR对MA气泡的影鸸名称牌号颜色(着色剂)制品气泡原色有原色无原色无原色无原色无黑色有翠绿色无黑色有黑色有黑色有中的曲线也证实了这一点。中的5条曲线分别是对5种不同MFR的PE进行试验的结果。显而易见,不同粘度的PE,气泡的扩散速度是不同的。低粘度的PE,即高MFR(MFR=25/10min)的PE,其气泡的扩散速度很快;反之,低MFR(如MFR =3.2g/10min)的PE,其气泡扩散速度就很慢,这是因为MFR低时PE的分子链长度长些,因而其粘度也大,空气分子难以通过熔体而扩散到培体表层之上。实际上在有限的加热时间内,留存在篼粘度的PE中的气泡没有足够的时间从熔体中扩散出去。因此选用高MFR的PE作为旋转成型加工的原料是生产无气泡制品的一种方法。选用篼产周期,提高生产效率。如MFR最大(MFR=25g/ 10min)的M3725MDPE在标准的成型条件(最高温度200T)下成型,其制品无气泡产生。用这种MDPE加工的5个制品的成型峰值温度分别为120、150、160、180、200t.其中峰值温度为150的制品不但没有气泡(因为在这一温度下物料粘度很低,空气分子很容易通过熔融物料扩散出去),而且也没有任何明显的性能损失,同时还可以提高生产效率。

  消除或减少制品中的气泡应从两个方面考虑。

  一方面迫使已留存的气泡从熔体中完全扩散出去。

  另一方面限制加热初期气泡在粉末中留存因为旋转成型制品的质量不仅与材料的物理性能有关,而且也与粉末的特征有关,如粉末的形状、K十特别是均匀性均影响制品的质量。由气泡形成机理(见阁1)可以看出,粉末粒子的形状、大小控制着气泡形成范围,细长形的粒子更易将气泡留存到熔体中。

  经试验得知,要使物料在成型中达到最佳的流动状态,减少气泡的留存,带圆角的立方体是最理想的粒子几何形状,而粒子的尺寸以小尺寸效果更好,因为对旋转成型来说,减小粒子尺寸可以改善传热效率,减小制品中的气泡尺寸和气泡表面积百分比。表2列出细粒子含量不同时制品所含气泡的状况f表2细粒子含最对气泡尺寸的彩响细粒子含M/Vr气泡数M/个气泡最大尺寸/im气泡平均尺寸气泡中等尺寸/fxm气泡表面积从表2可以看出,粒子尺寸对制品中气泡的大小和气泡的表面积百分比产生一定的影响,当细粒子百分比含量增加时,气泡尺寸开始下降。示出细粒子含量对气泡平均尺寸、中等尺寸及最大尺寸的影响。由可知,当细粒子含量为010%时,气泡的平均尺寸和中等尺寸明显下降;而当细粒子含量为30%~40%时气泡的最大尺寸下降;细粒子含量为40%100%时,气泡的最大尺寸基本上没有什么变化。,示出细粒子含量对气泡表面积百分比的影响。由可看出,气泡表面积百分比趋于随细粒子含量增大而减小。

  L85细粒子含量对气泡表面积百分比的影响2.3制品弯曲、收缩的形成与消除塑料旋转成型制品的另一缺陷是易出现弯曲、收缩现象,解决制品弯曲、收缩现象同样是研究旋转成型的重要课题弯曲、收缩现象一般是由冷却时形成的残余应力引起的,试验证明通过不同的冷却方式交替进行冷却可以减少制品中的残余应力,或者在冷却期间向模具内充入压缩空气,即通过压缩空气使已固化塑料紧紧地贴在模具的内壁,阻止它脱离模壁或变形,一直到塑料完全冷却为止,这样便起到了冷却定型的作用。并且由于此法是对已固化塑料的内外表面同时进行冷却,改变了冷却机理,从而减小了残余应力,抑制了制品的弯曲和收缩f试验表明,大部分塑料冷却时通人0.11MPa的压缩空气即可基本消除收缩、弯曲现象。

  2.4影响制品冲击强度的因素及解决途後4)影响制品冲击强度的因素较多,比如加热温度、加热时间、冷却速度、粒子尺寸、模具材料等,其中加热温度和加热时间是影响冲击强度的主要因素1温度过低,材料熔融不够,致使制品冲击强度降低;温度过高则会引起塑料产生降解,同样降低了制品的冲击强度因此对各影响因素进行试验和分析、研究才能优化出最佳工艺参数,提高制品的冲击强度。

  3结语与注射成型和挤出成型相比,对于旋转成型的研究还很少,尤其是我国虽然引进了一些设备和技术,但对这一领域的研究并不多。要想充分地发挥旋转成型的应用潜力,提高制品的性能,推动新技术的快速发展,还需进行大量而深人的研究工作。


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