3分鐘帶你深入了解應用廣泛的注塑成型工藝

2019-10-04     坦嘉精密TANJA

注塑,其核心原理是注射成型,從名字上理解,就是把塑料流體注射到模具中,可以說是現代工業工藝中最重要的工藝之一。

注射成型成型快,生產靈活,是用於製造產品的常見工藝。此外,原料理論上來講也不局限於塑料,包括金屬,熔岩,水泥等流體均能進行注射成型,是大批量生產相同產品的理想之選,備受各大廠商青睞。

汽車裝飾條

目前,隨著金屬外殼的逐漸消逝,在中低端機型市場,塑膠外殼重回主流,注塑工藝又重新成為了手機外殼加工成型主流工藝之一,本文文中有當下比較火熱的透明PC注塑仿玻璃蓋板成型工藝介紹。

注塑成型歷史

一種廣泛使用且非常成熟的工藝。

先來翻一下注塑成型的歷史

1872年,美國發明家JohnWesley Hyatt與他的兄弟Isaiah一起獲得了第一台注塑機的專利。與目前使用的機器相比,該機器相對簡單:它像一個巨大的皮下注射針,使用柱塞通過加熱的圓筒將塑料注射到模具中。

該行業在19世紀末發展緩慢,生產的產品有衣領,紐扣和發梳。

1903年,德國化學家 Arthur Eichengrün 和 Theodore Becker 發明了第一種可溶高分子,醋酸纖維素,它比硝酸纖維素易燃。它最終以粉末形式提供,更容易注射成型。

1919年,Arthur Eichengrün 開發了真正意義的第一台注塑機。

1939年,Arthur Eichengrün 獲得了塑化醋酸纖維注塑成型的專利。

之後,注塑成型在20世紀40年代迅速擴張,因為第二次世界大戰對廉價,大規模生產的產品產生了巨大的需求。

1946年,美國發明家 James WatsonHendry 建立了第一個螺杆注塑機,可以更精確的控制注射速度和產品的質量。這種機器還允許材料在注射之前混合,使得顏料可以添加到原料中並在注射之前徹底混合。

20世紀70年代,Hendry開發了第一個氣體輔助注塑成型工藝,可以生產複雜,中空的產品,並迅速冷卻。這大大提高了設計靈活性以及製造部件的強度和光潔度,同時減少了生產時間,成本,重量和浪費。

塑料注塑工業多年來一直在發展,從生產梳子和紐扣到為汽車,醫療,航空航天,消費品,玩具,管道,包裝和建築等許多行業生產大量產品。注塑的產品我們可以在很多行業見到,特別是汽車,工業和家庭產品中。

注塑技術有幾種不同的工藝,包括:一般注塑成型、氣體輔助注塑成型、多射注塑成型、模內裝飾工藝等。

注塑成型

一般注塑成型 / 氣體輔助注塑成型 / 多射注塑成型 / 模內裝飾工藝

一般注塑成型總體工藝

首先將聚合物顆粒乾燥至恰好正確的水含量並進料到料斗中,在該階段加入稀釋的顏料,然後材料進料到料筒中,其中它通過阿基米德螺杆的旋轉作用同時被加熱,混合併移向模具。熔融的聚合物暫時保持在桶中,隨著壓力增加,準備注入模腔中。達到設定的壓力時,注塑口打開,壓力將熔化的塑料注入模腔中。

循環生產的時間由部件的尺寸和聚合物重新固化所需的時間確定,通常在30至60秒之間。

注射後模具保持壓力,以便在零件彈出後,彎曲程度和收縮率最小。最後彈出部件,工具移動分開,芯部縮回,並且通過頂杆施加力以將部件與工具的表面分離。

一般注塑的工藝流程很基礎,但是隨著注塑的不斷發展,各類圍繞注塑的高級工藝也被開發出來了,比如氣體輔助注塑,多射注塑成型和模內裝飾等。

目前逐漸引起關注的注塑壓縮成型手機PC背蓋

目前,隨著5G時代的即將到來,塑膠材料重回手機背板的市場,目前主要有三種:復合材料(PC+PMMA)蓋板、IMT、PC注塑仿玻璃工藝。注塑透明PC背蓋因其成本更低、高效的製品形態,衝擊強度及耐用性更好等優點,正引起越來越多傳統塑膠廠的關注,有望成為2019年主流的手機背蓋方案。

據了解,比亞迪、東方亮彩、勁勝、聯懋、鑫旺達、通達、惠科等多個廠家正在加速布局注塑透明PC手機背蓋。三菱化學、Sabic等原材料廠家也在驗證PC注塑手機背蓋專用料。住友、安騰塑機、日鋼、克勞斯瑪菲等注塑機設備企業也紛紛推出了注塑壓縮成型解決方案。(此處僅列出部分供應商企業,歡迎在留言處補充)

注塑壓縮手機背蓋

目前業界正在開發驗證的普通注塑PC手機背蓋,厚度一般在0.8mm至1.0mm,相比主流的玻璃後蓋(0.50mm/0.55mm)要厚很多,注塑透明PC背蓋的厚度需儘量往0.5mm至0.6mm靠攏,否則將限制其在輕薄機型上的應用。

注塑PC背蓋工序

注射壓縮成型是指熱塑性聚合物熔體進入略有開放的模具,同時或隨後進行短行程合模壓縮。這種短行程合模壓縮可以通過機器或通過模具中的衝壓完成,是傳統注塑成型的高級形式,結合了射出成型和壓縮成型兩種技術,相比於傳統注塑工藝而言,具備較低保壓壓力、產品更低殘餘應力等特點。注塑壓縮成型PC背蓋能在厚度上達成對標玻璃,而不需增加整機厚度或外觀做妥協犧牲,正在被越來越多的廠家導入開發。

目前注塑壓縮PC手機背蓋有以下幾種外觀裝飾工藝路線:

1)注塑壓縮+IMR,適合平面或2.5D手機背蓋,缺點是IMR膜材開發周期長,圖案定製自由度小。IMR裝飾膜的UV層只有幾個微米,長期使用存在UV層被破壞導致圖案磨損問題。

2)注塑壓縮+IML,適合3D手機背蓋,缺點是IML膜層存在剝離脫落風險,背蓋最外層是PET或PC IML 片材,外觀視覺通透性不夠,高檔感不足。

3)注塑壓縮+硬化+貼膜,缺點在於增加了硬化工序,良率下降,成本提升。然而在突破了加硬及CNC技術瓶頸後,其表面硬度可做到媲美玻璃,且可以復用玻璃/復合板的後段貼膜裝飾工藝,產業鏈完備,滿足終端外觀要求難度小。小編認為目前這是可行性最高的解決方案。

三菱化學新型生物工程塑料DURABIO材料成型手機背蓋經UV塗層光固化處理提高背蓋的光澤度及質感,表面形成耐磨、抗劃傷保護層(5H硬度),使產品具備玻璃的光澤度和耐磨的特點,也能兼顧高衝擊強度的要求。

DURABIO材料注塑手機背蓋

普通注塑成型手機背蓋

氣體輔助注塑

Gas-AssistedInjectionMoldingProcess

氣體輔助注射成型技術在1985年首次用於大規模生產。最初,它被開發以克服收縮導致的凹痕問題。在注射期間吹入一定量的氣體,在聚合物在模具打開之前的冷卻階段施加內部壓力。通過非常精確的計算機控制,現在可以對修長而複雜的模製品進行充氣。每個生產時間將略有不同,因為計算機對材料性質和流量的輕微變化進行調整。

該工藝使用改進的注塑設備:

階段1,將塑料注入模腔中,但不完全填充。

階段2,注入氣體,其在熔融塑料中形成氣泡並迫使其貼合模具。塑料和氣體同時注入,產生更均勻的壁厚度,因為隨著更多的塑料被注入,空氣壓力推動它更加貼合模具。

階段3,隨著塑料冷卻和固化,保持氣體壓力,這樣,收縮率可以最小化。最終脫模取出產品。

多射注塑成型工藝

MultishotInjectionMoldingProcess

多射注塑成型工藝又稱多色注塑,多料注塑,重疊注塑。此處以其直譯稱呼,即多射注塑成型工藝。

多射注塑成型工藝是將兩種或更多種塑料一起注塑成型。下面是多射注塑成型與其他一些類似工藝的區別:

這裡我們主要介紹一種典型的多射注塑成型工藝。

階段1,同時將聚合物A和B注入到不同的模腔中,其中聚合物A注入下模腔中,同時,將聚合物B注入在上部空腔中的預先已經模製好的聚合物A上。在壓力下,熔融聚合物形成牢固的粘合。

階段2,模具分離,並且從模製的聚合物A中移除澆道。同時,完成的成品從上模腔排出。旋轉台板旋轉以使模製好的的聚合物A與上模腔對準。

階段3,模具再次閉合,並且重複操作順序。

模內裝飾工藝

In-MoldDecorationProcess

簡單的說,模內裝飾工藝用於在注射成型期間,可以將印刷物添加到塑料產品中,從而減少諸如印刷和噴塗等二次操作。模內裝飾工藝的注塑時間會略有增加。該工藝可以用於生產幾乎所有需要藝術化美觀的注塑產品。

階段1,在注塑之前將印刷的PC膜裝載到模腔中。列印面向內放置,以便在注塑時,列印件將被保護在PC的薄膜背後。

階段2,當熱塑料注入模腔中時,其與PC膜結合(這類似於多射注射成型)。

階段3,膜與注射成型塑料成為一體並且具有帶有印刷表面的無縫整理。當注射熱塑料時,它在30到17,000N/cm2之間的壓力下被壓靠在模具表面上,如果模具的表面有紋理,則PC膜會因為熱成型以精確配合模具。壓力大小由材料的類型和需要的表面光潔度決定。

給設計師的tips

注塑設計是一項多元配合的技術,涉及設計師,聚合物專家,工程師,工具製造商和模具製造商。與不同領域的專家全面合作將有助於實現產品的生產。

注塑成型在實際生產中很常見。

使用簡單的分體模具時,該方法是最便宜的,而造型越複雜,成本越高。

最便宜的注塑模具由兩個半體組成,稱為陽模和陰模。但是工程師和工具製造商不斷地使用更複雜的工具,比如可伸縮的芯,多門和多次注射來對比產品成型效果,有時需要更多的嘗試可以推動工藝的發展。

注塑過程中需要使用的高壓來確保良好的表面光潔度以及精細的細節,最重要的是,高壓後具有優異的重複生產性。但高壓的缺點是再凝聚的聚合物具有收縮和彎曲的趨勢,這些缺陷可以使用結構設計的筋骨細節和仔細的流動分析來避免。

表面缺陷包括凹痕,焊縫和顏料條紋。一般在與筋部細節相對的表面上會出現凹痕,並且在材料受力的地方出現焊縫線。

幾乎所有的熱塑性材料都可以注塑成型。也可以在聚合物基體中加入某些熱固性塑料和金屬粉末來獲得需要的性能。

下面是一些注塑失敗的經驗總結給各位需要的童鞋作為參考:

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-tw/Nz1Zn20BMH2_cNUgBIGT.html