專利名稱：一種改善注射成型過程聚合物填充性能的方法及注射件模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚合物加工領(lǐng)域，更具體的說涉及一種改善注射成型過程聚合物填充性能的 方法及注射件模具。
背景技術(shù)：
聚合物注射成型技術(shù)是加工聚合物制件低成本、高效率的加工方法，是目前生產(chǎn)聚合物 產(chǎn)品最主要的方法，廣泛應(yīng)用于家用電器、電子通信、醫(yī)藥器材和汽車等眾多行業(yè)中塑料制 件的生產(chǎn)。聚合物良好的填充性能是快速高效地成型質(zhì)量良好的產(chǎn)品的關(guān)鍵。 聚合物的填充性能主要受材料種類、模具結(jié)構(gòu)和加工工藝參數(shù)等因素影響。 當(dāng)塑料產(chǎn)品是薄壁件，或本身質(zhì)量很小，或產(chǎn)品上具有微細結(jié)構(gòu)時，如液晶顯示屏的 導(dǎo)光板、微型塑料齒輪和醫(yī)藥芯片等，在常規(guī)的注射成型條件下，由于聚合物的填充性能有 限，往往難以將型腔充滿，微結(jié)構(gòu)和微制件也難以準(zhǔn)確成型。此外，對于部分熔融黏度較高 導(dǎo)致填充性能不好的聚合物，如聚碳酸酯、聚氯乙烯等，難以通過注射成型的方法成型它 們小型復(fù)雜零件。
為了改善聚合物的填充性能，以便發(fā)揮注射成型技術(shù)的優(yōu)勢，目前的主要途徑有(l)對 聚合物進行改性；(2)提高熔體注射溫度；(3)提高模具溫度等。通過途徑(1)改善聚合物 的填充性能效果好，特別是對于部分難以通過注射成型加工的聚合物，如聚四氟乙烯，但聚 合物改性的工藝復(fù)雜，不但大幅提高了聚合物的加工成本，而且會影響聚合物本身的性質(zhì)； 途徑(2)可一定程度上降低聚合物熔體的黏度，改善填充性能，但過高的熔體注射溫度不但 難以控制，而且容易導(dǎo)致聚合物降解或產(chǎn)品飛邊等問題出現(xiàn)；途徑(3)雖然也可方便的改善 聚合物的填充性能，但高模溫延長了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)效率。研究既能有效地改 善聚合物的填充性能，又不影響制品的成型工藝條件，同時成本增加較少，具有重要的理論 意義和實用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種在不改變聚合物注射成型工藝，有效改善聚合物填充性能的方 法，同時提供實現(xiàn)該方法的聚合物注射件成型模具。
本發(fā)明是通過直接對流經(jīng)模具流道內(nèi)的聚合物熔體施加超聲波振動，促使熔體跟隨超聲 波探頭振動并產(chǎn)生空穴效應(yīng)等物理或化學(xué)變化，降低熔體粘度，從而改善聚合物的填充性能。
實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下
通過超聲波探頭對流道內(nèi)的聚合物熔體施加超聲波振動，即由安裝在定模上的探頭腔內(nèi)
3超聲波探頭發(fā)射的超聲波直接對由注射機塑化后注射進入流道的聚合物熔體施加超聲波振 動。所施加的超聲波振動，其頻率為10 45KHz，功率為50 2000W。對注射件的聚合物熔體 施加超聲波振動，包括了聚合物熔體在流道內(nèi)流動的所有過程，通常是在注射前0. 5 10秒 啟動超聲振動系統(tǒng)，使探頭發(fā)射超聲波，在聚合物熔體在流道內(nèi)停止流動后0 2秒關(guān)閉超聲 振動系統(tǒng)。對注射件的聚合物熔體實施超聲振動的時間，與注射件的注射時間和保壓時間等 時間有關(guān)，即與熔體的溫度和黏度、注射的壓力、流道截面積大小和注射件的尺寸有關(guān)。熔 體的溫度一般為150 260'C,注射壓力通常為30 600Mpa,熔體的黏度越高，流道橫截面積 越小，注射件的尺寸越大，則注射時間越長。實施超聲波振動的時間不應(yīng)少于0.5秒，最好 為0.5 40秒。
本發(fā)明的上述方法可通過本發(fā)明提供的聚合物注射件成型模具來實現(xiàn)。本發(fā)明所揭示的 注射件成型模具結(jié)構(gòu)為，在注射件成型模具定模側(cè)含有流道部分的模具板上設(shè)計有安裝超聲 波探頭的探頭腔，超聲波探頭通過在節(jié)面上加工的盤面固定在模具板上，并配以密封墊圈密 封。超聲波探頭的形狀與探頭腔形狀相配，超聲波探頭的端部加工成流道的一部分，即在超 聲波探頭的端面加工出部分流道截面形狀的端面孔或在探頭上加工出流道孔，超聲波探頭與 探頭腔裝配后構(gòu)成完整的澆注系統(tǒng)。
對于連續(xù)作業(yè)生產(chǎn)，為了使超聲波探頭的溫度不至于超過允許的工作溫度，可將探頭腔
上部設(shè)計成可使冷卻介質(zhì)沖入到探頭周圍的探頭腔，即探頭腔設(shè)計成探頭周圍有足夠的空間 供冷卻介質(zhì)沖入。冷卻介質(zhì)最好為液體冷卻介質(zhì)。為使冷卻介質(zhì)保持足夠的冷卻效率，冷卻 介質(zhì)應(yīng)循環(huán)使用，為此，探頭腔設(shè)計有冷卻介質(zhì)進出的通道。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1. 通過對聚合物熔體直接施加超聲波，可降低聚合物熔體的黏度，改善其填充性能。
2. 該技術(shù)根據(jù)不同的澆注系統(tǒng)將超聲波探頭加工成流道的一部分，增大了超聲波探頭與 聚合物熔體的接觸面積，大大減少注射壓力和注射速度的損失。
3. 該技術(shù)只需要對模具進行稍加改進即可安裝超聲振動裝置，就可以用來改善聚合物的 填充性能，拓展注射成型工藝的使用范圍，成本較低而且操作簡單易行、安全可靠。
4. 該技術(shù)在較寬廣的加工工藝條件下都可以改善聚合物熔體的填充性能和流動性能，不 需要特定的加工工藝條件。


下面將結(jié)合附圖及實施方式對本發(fā)明做進一步詳細說明。 圖1為超聲裝置在注塑機上的安裝結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為超聲波探頭在模具探頭腔中的安裝示意圖；圖3A 、圖3B為圓形流道對應(yīng)的超聲波探頭； 圖3C為梯形流道對應(yīng)的超聲波探頭。
具體實施例方式
在以下各實施例中，注射件成型模具1安裝在注射機5上，在注射件成型模具定模側(cè)含 有流道9部分的模具板8上設(shè)計有安置超聲波探頭2的探頭腔7,超聲波探頭通過在節(jié)面上 加工的盤面固定在模板上，并配以密封墊圈6密封，探頭腔內(nèi)充有冷卻介質(zhì)。超聲波探頭的 形狀與探頭腔形狀相配，超聲波探頭的端部加工成流道的一部分，即在超聲波探頭的端面加 工出部分流道截面形狀的端面孔或在探頭上加工出流道孔，超聲波探頭與探頭腔裝配后構(gòu)成 完整的澆注系統(tǒng)，如圖3A和3B為圓形流道對應(yīng)的超聲波探頭，圖3C為梯形流道對應(yīng)的超聲 波探頭。工作時，超聲波發(fā)生器4產(chǎn)生的高頻電壓通過換能器3轉(zhuǎn)化為機械振動，然后通過 超聲波探頭對流道9內(nèi)的聚合物熔體施加超聲波振動。
以下是通過實施例對本發(fā)明進行的具體描述。有必要在此指出的是，以下實施例只用于 對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，任何不超出本發(fā)明宗旨和 權(quán)利要求的發(fā)明創(chuàng)造，均在本發(fā)明的保護之內(nèi)。
實施例1 聚丙烯(PP)注射件注射成型，注射件體積445 x 40 x 2.5mm3，熔體溫度為 260'C。當(dāng)PP的熔體流動指數(shù)(MFI)為6g/10min時，充模過程無法進行；注射過程施加頻 率約20KHz，功率為500W的超聲波振動時，充模過程順利進行。
實施例2 聚丙烯(PP)注射件注射成型，注射件體積445 x 40 x 2.5mm3，熔體溫度 260土10'C ,模具溫度40士10'C，注射壓力和保壓壓力100士10MPa，注射時間8秒，在注 射過程中施加頻率20KHz，功率500W的超聲波振動，施加時間為15秒。測試表明，施加超 聲波振動后PP注射件長度由400mm增加到440mm,質(zhì)量由29g增加到33.5g。
實施例3 聚碳酸酯(PC)注射件注射成型，注射件厚度1.3土0.5mm，熔體流動指數(shù) (MFI)為39g/10min，熔體溫度320士10。C,模具溫度50土10。C,注射壓力和保壓壓力100 土10MPa，注射時間20秒。在注射過程中施加頻率15KHz，功率700W的超聲波振動，施加 時間為20土1秒。測試表明，施加超聲波振動后PC注射件的充模量由30。/。上升到80n/0。
權(quán)利要求
1.一種改善注射成型過程聚合物填充性能的方法，其特征在于由安裝在定模上的探頭腔內(nèi)超聲波探頭發(fā)射的超聲波直接對由注射機塑化后注射進入流道的聚合物熔體施加超聲波振動，所施加的超聲波振動，其頻率為10～45KHz，功率為50～2000W，對注射件的聚合物熔體施加超聲波振動，包括了聚合物熔體在流道中流動的所有過程，在注射前0.5～10秒啟動超聲振動系統(tǒng)，使探頭發(fā)射超聲波，在聚合物熔體在流道內(nèi)停止流動后0～2秒關(guān)閉超聲振動系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善注射成型過程聚合物填充性能的方法，其特征在于所述 的施加超聲波振動的時間不應(yīng)少于0. 5秒，最好為0. 5~40秒。
3. —種用于實現(xiàn)權(quán)利要求1所述改善注射成型過程聚合物填充性能的方法的注射件模 具，其特征在于在注射件成型模具定模側(cè)含有流道部分的模具板上設(shè)計有安置超聲波發(fā)射 探頭的探頭腔，超聲波探頭通過在節(jié)面上加工的盤面固定在模具板上，并配以密封墊圈密封, 超聲波探頭的形狀與探頭腔形狀相配，超聲波探頭的端部加工成流道的一部分，即在超聲波 探頭的端面加工出部分流道截面形狀的端面孔或在探頭上加工出流道孔，超聲波探頭與探頭 腔裝配后構(gòu)成完整的澆注系統(tǒng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的注射件模具，其特征在于所述的超聲波探頭的端面孔或流道 孔形狀為半圓形或圓形，或其他與澆注系統(tǒng)相匹配的形狀。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的注射件模具，其特征在于所述的澆注系統(tǒng)包括熱流道資 注系統(tǒng)和普通流道澆注系統(tǒng)，以及其他形式的注射成型模具流道澆注系統(tǒng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的注射件模具，其特征在于所述探頭腔的探頭周圍充入冷卻介質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于改善注射成型過程中聚合物填充性能的方法，以及實現(xiàn)這一方法的注射件成型模具，本發(fā)明在注射件成型模具定模側(cè)含有流道部分的模具板上設(shè)計安置超聲波發(fā)射探頭的探頭腔，超聲波探頭通過在節(jié)面上加工的盤面固定在模具板上，并配以密封墊圈密封，超聲波探頭的形狀與探頭腔形狀相配，超聲波探頭的端部加工成流道的一部分，通過超聲波探頭發(fā)射出的超聲波，對流經(jīng)模具流道的聚合物熔融體施加超聲波振動，實現(xiàn)改善聚合物填充性能。所施加的超聲波振動頻率為10～45KHz，功率為50～2000W。本發(fā)明可以促使聚合物分子鏈解纏等，使熔體黏度下降，從而改善注射成型過程中聚合物的填充性能，并大大減少注射壓力和注射速度的損失。
文檔編號B29C45/26GK101579910SQ20091004370
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月18日
發(fā)明者彭華建, 李常峰, 胡建良, 蔣炳炎 申請人:中南大學(xué)