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        高透明超大壁厚注塑產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)工藝

        2023-01-03 11:09:38畢鍵潘亞軍王選倫
        橡塑技術(shù)與裝備 2023年1期
        關(guān)鍵詞:脫模外觀氣泡

        畢鍵 ,潘亞軍 ,王選倫

        (1.四川省宜賓普拉斯包裝材料有限公司,四川 宜賓 644000;2.重慶理工大學(xué)材料學(xué)院,重慶 400054)

        在食品包裝行業(yè)中,玻璃水晶頭因外觀晶瑩剔透,有良好的視覺(jué)展示和沖擊效果,該類產(chǎn)品應(yīng)用比較多,但玻璃水晶頭生產(chǎn)過(guò)程中工藝流程長(zhǎng),需要拋光打磨產(chǎn)能比較低、產(chǎn)品尺寸偏差大導(dǎo)致外觀不一致;不易直接成型復(fù)雜外形且要使用黏膠劑,存在后續(xù)斷裂的風(fēng)險(xiǎn);運(yùn)輸以及包裝過(guò)程中產(chǎn)品之間容易撞傷,導(dǎo)致應(yīng)用范圍受到很大限制。

        塑膠注塑產(chǎn)品則不存在玻璃產(chǎn)品的上述問(wèn)題,與水晶產(chǎn)品相比在透光率方面稍差一些,但與一般玻璃產(chǎn)品比較接近,作為包裝材料方面完全可以替代。

        塑膠注塑水晶頭產(chǎn)品通常壁厚達(dá)50 mm 左右,最大的將近80 mm,壁厚非常大,在生產(chǎn)過(guò)程中需要著重解決產(chǎn)品收縮、內(nèi)部氣泡、表面流痕以及進(jìn)膠口選擇問(wèn)題[1~2];因此模具設(shè)計(jì)、材料選擇、工藝控制方面尤為重要。

        1 材料選擇

        塑膠水晶頭產(chǎn)品壁厚大,后續(xù)還需要組裝,部分裝配精度要求比較高,尺寸控制要求高,如圖1所示,水晶頭與外蓋配合不能松動(dòng)、拔出以及轉(zhuǎn)動(dòng),要求比較高。部分產(chǎn)品裝配精度要求不高,尺寸控制相對(duì)較低,如圖2,水晶頭只需與內(nèi)塞配合,要求不能拔出即可,裝配部位尺寸要求相對(duì)偏低。因此材料選擇需要容易加工,生產(chǎn)過(guò)程易控制,首先從企業(yè)常用的幾種透明材料來(lái)選擇,材料性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

        圖1 精密裝配水晶頭

        圖2 塞式裝配水晶頭

        表1 幾種不同材料性能指標(biāo)

        通過(guò)對(duì)幾種材料的對(duì)比和實(shí)際使用情況來(lái)看,C材料透明的比較好,外觀效果也最好,注塑加工性能以及后續(xù)再加工如拋光、激光雕刻均比較好,但與酒精接觸存在龜裂現(xiàn)象,用在非酒類包裝方面比較適合,不適宜用于酒包裝產(chǎn)品;材料B 加工難度相對(duì)偏高,在超大壁厚產(chǎn)品后收縮方面不易控制,且成本相對(duì)偏高,適合壁厚相對(duì)偏小的產(chǎn)品;材料A 綜合加工性能比較好,后續(xù)在加工性能也不錯(cuò),成本偏低,唯一不足透明度與材料B 和材料C 相比稍微偏低,但與一般水晶材料和玻璃材料相比已經(jīng)非常接近,綜合性能最好,適合加工高透明超大壁厚塑膠水晶頭的注塑生產(chǎn)。

        作為食品包裝行業(yè)特別是酒包裝行業(yè),用材料A注塑水晶頭產(chǎn)品替代一般水晶材質(zhì)和玻璃材質(zhì)水晶頭產(chǎn)品具有極大優(yōu)勢(shì),避免了玻璃水晶頭用于包裝的缺陷,適合推廣。

        2 模具設(shè)計(jì)

        高透明超大壁厚注塑水晶頭單個(gè)產(chǎn)品重量60 g 左右,塑化量比較大,同時(shí)產(chǎn)品外觀質(zhì)量要求高,工藝控制精度要求高,因此選擇公司目前使用的DEMAG DH250-1450 注塑機(jī),綜合性能比較好,能夠完全滿足水晶頭的生產(chǎn)需要。

        2.1 產(chǎn)品進(jìn)膠口設(shè)計(jì)

        水晶頭產(chǎn)品屬于外觀部件,表面要求比較高,產(chǎn)品的展示面不能出現(xiàn)明顯的外觀缺陷,超大壁厚產(chǎn)品在注塑過(guò)程中需要大進(jìn)膠口、低注射速度、低壓力才能形成良好的外觀效果。該產(chǎn)品只有底部存在裝配關(guān)系,且裝配后的進(jìn)膠口痕跡不影響產(chǎn)品的外觀效果及功能,因此選擇底部進(jìn)膠,根據(jù)產(chǎn)品底部尺寸,進(jìn)膠口尺寸設(shè)計(jì)為Φ7,分流道尺寸為Φ8,基本達(dá)到了最大膠口的極限值,在成型過(guò)程中可有效降低注塑速度及注塑壓力,避免形成噴射,提高保壓效果,有利的保障產(chǎn)品的外觀效果,澆口設(shè)計(jì)如圖3。

        圖3 澆口設(shè)計(jì)

        2.2 分型面設(shè)計(jì)

        高透明超大壁厚注塑水晶頭產(chǎn)品由于模具型腔比較大,在注塑過(guò)程中一定要注意良好的排氣,避免形成氣泡、充模不足、以及炭化和燒焦,同時(shí)也需要模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,因此分型面選擇如右圖4所示,在產(chǎn)品側(cè)面最大直徑(產(chǎn)品筋條部位)方向前后模分型,水晶頭頂部采用HALF 塊側(cè)面成型,形成兩個(gè)分型面,在保障產(chǎn)品外觀效果的同時(shí),提升了排氣效果。

        圖4 分型面設(shè)計(jì)

        2.3 流道設(shè)計(jì)

        根據(jù)DEGAG DH250-1450 注塑機(jī)性能指標(biāo)來(lái)看,模具設(shè)計(jì)8 腔為最佳,流道采用全對(duì)稱分布以確保各型腔注塑過(guò)程壓力一致;主流道設(shè)計(jì)直徑Φ11,分流道設(shè)計(jì)直徑Φ8,較大的流道設(shè)計(jì)有效降低注塑速度及注塑壓力,避免形成噴射及局部應(yīng)力集中,提高保壓效果,有利的保障產(chǎn)品的外觀效果(如圖5、圖6)。同時(shí)大流道的設(shè)計(jì)可用于產(chǎn)品脫模頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),直接采用頂針頂出主流道和分流道實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品脫模,避免了產(chǎn)品上出現(xiàn)頂出痕跡。

        圖5 流道設(shè)計(jì)

        圖6 模具設(shè)計(jì)

        3 工藝控制

        3.1 溫度

        烘干溫度:高透明超大壁厚注塑水晶頭注塑所選用原材料A 吸水率很低約為0.02% 左右,注塑一般產(chǎn)品時(shí)可以不用烘干,水晶頭由于壁厚比較大,為使產(chǎn)品獲得良好的透光率,因此采用熱風(fēng)干燥機(jī)在70~80℃的循環(huán)熱風(fēng)中干燥2 h。

        模具溫度:高透明超大壁厚注塑水晶頭產(chǎn)品壁厚大,原材料A 注塑過(guò)程中殘余應(yīng)力問(wèn)題較為突出容易引起開(kāi)裂,同時(shí)為避免大壁厚產(chǎn)品收縮加快,因此采用較高模溫,模溫設(shè)置在80~90 ℃使熔體緩慢冷卻,取向的分子得到松弛,高模溫同時(shí)也能夠保證產(chǎn)品表面的光潔度。

        料筒溫度:根據(jù)材料A 的特性以及水晶頭產(chǎn)品要求,在保證原來(lái)塑化效果的同時(shí),盡可能的降低溫度,有利于降低熔體的流動(dòng)速率,減少噴射、燒焦機(jī)氣泡等問(wèn)題,因此料筒溫度控制在150~200 ℃范圍內(nèi)。

        3.2 壓力

        (1)塑化壓力

        根據(jù)材料特性,塑化壓力按常規(guī)推薦壓力,設(shè)置塑化壓力為10 bar。

        (2)注塑壓力

        據(jù)前面分析,高透明超大壁厚產(chǎn)品注塑壓力要比較小,通常設(shè)置10~60 bar。

        (3)保壓壓力

        高透明超大壁厚產(chǎn)品產(chǎn)品由于后收縮比較大,因此注塑后保壓壓力需要稍微偏大一些,通常保壓壓力比注塑壓力大,以使得產(chǎn)品成型飽滿,減少脫模后的收縮,影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量,通常保壓壓力設(shè)置30~80 bar。

        3.3 速度

        根據(jù)前面分析,高透明超大壁厚產(chǎn)品在注塑過(guò)程中需要采用比較低的注塑速度,以避免注塑過(guò)程中形成噴射、型腔內(nèi)部裹入空氣形成氣泡以及排氣不良導(dǎo)致的燒焦,一般注塑速度設(shè)置1~5 mm/s。

        3.4 時(shí)間

        (1)注塑時(shí)間

        DEMAG 注塑機(jī)設(shè)置了注塑壓力限以及注塑速度,注塑時(shí)間事實(shí)際注塑測(cè)量時(shí)間,速度和壓力均比較小,注塑時(shí)間也相應(yīng)的比較大。

        (2)保壓時(shí)間

        高透明超大壁厚產(chǎn)品產(chǎn)品后收縮比較大,為了減少后收縮,不僅保壓壓力偏大,同時(shí)保壓時(shí)間也需要比較長(zhǎng),根據(jù)產(chǎn)品不同,通常設(shè)置在5~10 s。

        (3)冷卻時(shí)間

        高透明超大壁厚產(chǎn)品產(chǎn)品在注塑過(guò)程中,為了使熔體緩慢冷卻,取向的分子得到松弛,減少注塑產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力以及獲得良好的表面質(zhì)量,模具溫度比較高,達(dá)到了80 ℃左右,溫度比較高,以因此產(chǎn)品冷卻非常慢,冷卻時(shí)間通常設(shè)置在120~180 s 左右。

        4 后處理

        高透明超大壁厚注塑水晶頭由于產(chǎn)品壁厚比較大,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了常規(guī)注射產(chǎn)品的壁厚,注塑時(shí)模溫比較高,因此脫模后產(chǎn)品溫度也比較高,脫模后產(chǎn)品表面還沒(méi)有完全定型,內(nèi)部仍然處于熔融狀態(tài)。產(chǎn)品脫模后采用自然冷卻,則會(huì)出現(xiàn)如圖7所示,頂部產(chǎn)生唱片紋及收縮凹陷,底部收縮影響后續(xù)裝配,偶爾還會(huì)出現(xiàn)真空氣泡等缺陷;采用室溫水強(qiáng)制冷卻,則會(huì)出現(xiàn)如圖8所示內(nèi)部較大真空氣泡或多個(gè)小真空氣泡。因此必須進(jìn)行后處理,避免出現(xiàn)上述缺陷。

        圖7 直接冷卻

        圖8 強(qiáng)制冷卻

        經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn),確定了后處理方案:

        4.1 表面定型

        產(chǎn)品脫模后用采用機(jī)械手放入室溫水將產(chǎn)品表面瞬時(shí)冷卻,時(shí)間控制在3~10 s,時(shí)產(chǎn)品表面加速冷去,初步定型,形成了一層隔熱層,該層面避免了產(chǎn)品迅速冷卻而出現(xiàn)收縮或氣泡問(wèn)題。

        4.2 產(chǎn)品定型

        通過(guò)表面定型后,產(chǎn)品的外觀和裝配尺寸已經(jīng)穩(wěn)定,但產(chǎn)品內(nèi)部還處于黏流狀態(tài),自然冷卻出現(xiàn)許多缺陷,因此還需緩慢冷卻定型。將表面定型后的產(chǎn)品放入80~90 ℃水箱通過(guò)熱水浴緩慢冷卻,熱水浴冷卻時(shí)間基本控制在1 000 s 左右,則產(chǎn)品完全定型,自然冷去后也不會(huì)出現(xiàn)其它收縮以及外觀變化等缺陷,剪去澆口料后即可進(jìn)入后續(xù)組裝加工。

        產(chǎn)品表面定型后也可采用烘箱控制,但需要考慮產(chǎn)品頻繁進(jìn)出烘箱溫度控制一致問(wèn)題。

        高透明超大壁厚注塑水晶頭后處理工藝流程:

        5 結(jié)束語(yǔ)

        (1)高透明超大壁厚水晶頭注塑產(chǎn)品替代玻璃材質(zhì)及普通水晶頭在包裝行業(yè)由良好的推廣意義,避免了玻璃材質(zhì)水晶蓋容易出現(xiàn)斷頭、加工成本高、產(chǎn)能低、尺寸不穩(wěn)定、供貨周期不能得到保證,且批次產(chǎn)品之間的一致性較差現(xiàn)象,同時(shí)從環(huán)保以及成本方面都有極大的優(yōu)勢(shì),目前已經(jīng)推出50 多款不同產(chǎn)品,水晶頭產(chǎn)品的配合也由上下配合的多種產(chǎn)品,部分水晶頭產(chǎn)品見(jiàn)圖9。

        圖9 水晶頭產(chǎn)品

        (2)模具設(shè)計(jì)過(guò)程中重點(diǎn)考慮大流道設(shè)計(jì),成型零部件選材要易拋光,產(chǎn)品表面效果更加良好。

        (3)產(chǎn)品后續(xù)處理在整個(gè)產(chǎn)品成型過(guò)程中最為關(guān)鍵,根據(jù)產(chǎn)品壁厚及材料不同調(diào)整,該工藝也適用于其它大壁厚非透明產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)。

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