了解医用加工热流道系统

作者:Ewikon Molding Technologies公司 Terry Schwenk 文章来源:PT《现代塑料》 发布时间:2013-03-26
对于加工商来说,只有了解了医用级树脂的性能,才能正确地选择和使用热流道系统,来生产高质量的医用产品。

当通过热流道系统加工医用级树脂时,需要特别加以注意,因为很多产品用于敏感的药品运输或手术领域中。在这些领域中,塑料部件需要保持高性能以正确发挥它们的作用。基于这一原因,对于加工商来说,加工医用级材料时关注材料性能不被破坏是至关重要的。

同样重要的是了解树脂的工艺限制,这是为了选择合适的热流道系统,并且在树脂加工时不会发生降解,同时还能实现适当的填充和保压,令部件没有缺陷。有一些例子可以证明,对于某些特定的应用,一个完整的热流道系统可能不是最佳的选择。在这种情况下,从热流道转换为冷流道是一种可行的选择。

树脂性能

今天,在市场上有各种医用级树脂,包括聚丙烯、聚碳酸酯、聚酯、聚乙烯、聚苯乙烯、热塑性Alsatians、聚氨酯和液态硅橡胶。采用热流道系统成功制造塑料部件的关键,是对被加工树脂的性能有着透彻的了解。由于加工这些塑料树脂主要基于加热和冷却树脂来进行,因此我们将只聚焦在热性能,以及热量如何转入转出方面。所有的塑料树脂根据其热性能可分为4个大类:结晶、半结晶、无定形以及热固性塑料。

结晶固体是具有规整或接近规整晶体结构的一类固体。这意味着这些固体中的原子是排列有序的。这种固体又分为3种主要类型:结晶固体、无定形固体和热固性固体。

这些固体以其基础物理性质的不同来区分。结晶固体具有确定的形状,并具有一个确定的熔点,而无定形固体没有确定的形状,并在一定的温度范围内熔化。结晶固体的各向异性也是其主要特征,而无定形固体是各向同性的。各向异性是一种依赖于方向的性能,各向同性正好相反,它表示在所有方向上具有同质性。各向异性可以被定义为沿着不同的轴对材料进行测量时,材料在物理性质上(吸光率、折射率和密度等)所表现出的差异。例如,令偏光镜片的光线通过材料。

结晶固体的其他特性还包括不透明性,而无定形固体是透明的。热固性固体是热反应性的,受热以前,它仍然保持液体形式,受热后发生化学反应引起分子交联,而形成一个连续的大分子。一旦发生反应,材料的形态不能逆转。与热塑性塑料不同,热固性材料不能被再加工。

大多数的医疗应用不允许使用研磨料,因此加工商为了降低制造成本、保持盈利而采用热流道系统是绝对必要的。目前对于热流道系统的使用,存在着几个荒诞的说法,其中之一就是热流道系统会使树脂降解。引起树脂降解的原因是热、停留时间、死点和过度剪切。

一个得到正确选择和安装的热流道系统只是将树脂从注塑机喷嘴输送到型腔。它不增加热量或将热量带走,不诱导过度剪切,也不存在可导致材料降解的死点。高品质热流道系统的分流板都具有带圆角的流道,以减少材料流动引起的剪切。

完全自然平衡的分流板

一般而言,结晶型树脂的剪切敏感性要低于无定型树脂。其原因是结晶型树脂有一个非常明确的熔点,在这个熔点处树脂的黏度急剧下降,从而减少了高剪切的机会。而无定形树脂更容易受到剪切,因为它们没有一个特定的熔点,黏度一直很高,直到流动发生。

流动特性

在对塑料树脂的热性能有了一个基本的了解之后,我们还需要了解熔融塑料的流动特性。所有的塑料都以层流的形式流动。当推动塑料通过一个孔或管道时,料道中心的物料以较快的速度流动,而料道壁附近的物料没有流动发生。与挤塑过程不同,注塑过程的物料流动是一种脉冲流动而非连续流动,即流动在一个持续的过程中开始和停止。

层流示意图

在注塑成型过程中,尽管靠近料道壁的树脂在流动过程中没有流动,但它最终却以一个比流体中心更慢的速度不断地穿过热流道系统。这是因为,在没有流动发生的时候,分子开始缠结,当流动发生时,靠近料道壁的分子由于缠结,被流动的分子拖入流体中。

靠近料道壁的分子运动缓慢的另一个原因是聚合物分子链很长,使得分子的一端处在料道壁上,另一端尚停留在熔体流的中心。当流动发生时,熔体流中心的部分分子将以快于料道壁上部分分子的速度移动。在这部分运动分子的作用下,料道壁上原本不运动的分子也被牵拉而发生了移动。此时,如果发生过多或过快的运动,分子链将会断裂。这就是所谓的剪切作用。

足够多的分子链发生断裂,树脂的性能就会发生改变——其中,一些性能会比其他性能劣化的更严重。分子的变化可以影响黏度,进而改变部件的密度、收缩率、填充率、尺寸、结构强度、周期时间和美观度。更为严重的是,分子破坏将导致材料的降解。

影响剪切的加工条件包括:材料的温度、填充速度、热流道浇口类型和尺寸、热流道熔体料道的宽度和长度、通过热流道系统的温度均匀性(例如热点和冷点)、精确的温度监控、平衡流动,以及模具排气。

一个典型的问题是:“应该使用什么类型的浇口控制方法和多大尺寸的浇口?”浇口的尺寸是两个问题中比较容易解决的问题。浇口尺寸应总以在适和的成型条件下能够实现部件的充模和保压来确定。如果一个应用需要一个1.27mm的浇口,那么这就是适宜该使用的浇口尺寸。

这将导致另一个问题或担心:浇口痕迹。一个热尖浇口更便宜并且易于安装,但总会留下一个浇口痕迹。目前,经过热流道技术的改进,这一问题已得到了明显改观。但是,如果应用要求不能有一丝的浇口痕迹,那么必须采用一个阀式浇口。

线性闭合空间阀式浇口

选择

加工商在为其医疗应用选择热流道系统时,需要确信热流道供应商对采用加工树脂实现加工商的成型应用具有很好的理解和经验。大多数热流道供应商都能在一个试验模具中使用加工商的树脂生产样品部件。加工商在询问热流道供应商对其特定树脂有多少经验时,不要感到不好意思。

几乎所有的热流道供应商针对自己的产品线都有自己特殊和标准的热流道零部件。最佳的热流道供应商可以微调自己的产品,以适应加工商的需要——比如改变分流板的孔料道或订制浇口尖。任何订制都需花费额外的钱,但是加工商能够因此拥有高性能的热流道系统,用于其医疗应用。

采用较小的热流道系统时,几乎所有的树脂都只有轻微的材料性能损失,并且可以很好地达到部件的技术要求。但是,采用较大的热流道系统或型腔数较多的模具时,因树脂受到更大的剪切,以及停留时间延长和较高的流速,而增加了树脂丧失足够性能的机会,从而极易导致次品的产生。因此,加工商一定要与热流道供应商紧密合作,让他们理解这一点,以致其可以通过调整热流道系统来消除树脂受到太多剪切、停留时间过长以及过热和死点。

各种热流道零部件

总结

对于加工商来说,需要了解所用树脂的性能,包括树脂是如何流动的、懂得树脂的局限性,以及选择具有加工该种树脂经验的热流道供应商。

所有这一切都将有助于加工商知道充模速度的限制,使其能够设定符合树脂限制的填充速度、压力和材料温度;或者最起码,可令其了解成型后的部件为什么性能不令人满意。

如果加工商需要一个极端的加工条件来实现其部件的充模和填满,则要求其知晓所用的热流道系统不是存在严重的缺陷,就是在加工这种树脂方面被要求得太多。了解了这几条,将能够确保加工商使用热流道系统成功地加工医用级树脂。

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