聚甲基丙烯酸甲酯的注射成型技术优化

聚甲基丙烯酸甲酯俗称有机玻璃，又称亚克力，英文名称Polymethylmethacry-late，简称PMMA。密度为1.18g/cm³。注射成型中常用的372有机玻璃是由甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯单体（约85∶15）进行共聚而成的。如果在372有机玻璃中加入少量的丁腈橡胶（约5%）即可成373有机玻璃。

PMMA的最大特点是具有优良的光学特性，白光的穿透性高达92%；耐候性好，制品表面有光泽。此外，PMMA还具有耐腐蚀，绝缘性良好，综合性能优良等优点，因此广泛用于制造文具、装饰品、仪器仪表、影碟、光学透镜等产品。缺点是质脆，耐磨及耐热性差，易溶于有机溶剂，如作透光材料，其表面硬度稍低，容易擦花。

1.工艺特性

1）PMMA为非结晶型聚合物，热稳定性较好，不易分解。玻璃化温度（T_g）为105℃，熔融温度160℃，而分解温度高达270℃以上，成型温度范围较宽，工艺性较好。

2）PMMA粘度大，流动性比PS、ABS差，易发生填充不良、粘模、收缩、熔接痕等缺陷。因此必须采用高料温、高注射压力成型，其中注射温度的影响大于注射压力，故改善流动性，主要从注射温度着手。但提高注射压力，有利于改善产品的收缩率。

3）PMMA的成型收缩率较小，为0.2%～0.4%。制品冲击性差，耐磨性不好，易划花，易脆裂，成型时可通过提高模具温度，改善冷却过程来克服这些缺陷。

4）PMMA具有一定的亲水性，水分的存在使熔体出现气泡、膨胀，所得制品有银丝，透明度降低，有糊斑等，因此树脂在成型前必须干燥，使含水质量分数小于0.03%。

总的来说，PMMA宜高压注射，在不出现缺陷的条件下取高料温，高模温，以增加流动性，降低内应力，改善透明性及强度。

2.对成型设备的要求

PMMA成型时对设备要求不高，柱塞式和螺杆式注射机均可使用。因为其熔体粘度大，需要较深的螺槽和较大的喷嘴直径。喷嘴多采用直通式结构，直径通常取5～7mm，制品增大，直径也应增大（最大10mm），长度宜短不宜长；螺杆选用长径比（L/D）为（20～22）∶1的渐变型螺杆，压缩比（ε）一般为（2.3～2.6）∶1。如果对制品的强度要求较高，则要用较大长径比的螺杆实行低温塑化。针对PMMA有一定的亲水性，可在螺杆的前端采用混炼环结构。

目前市场上有成熟的PMMA塑化组件可供选择，例如对于透明镜片采用带屏障功能的螺杆，可以加强塑化效果；对于着色镜片使用销钉型螺杆或销钉型过胶头，加强混炼效果。

3.制品特点

PMMA的熔体粘度大，流动性较差，熔体的流动长度与壁厚之比为130∶1，故制品的壁厚不宜太薄，最好不要低于1mm（372为0.8mm），通常是在1.5～5mm之间选取。PMMA性脆易碎，为防止因脱模不佳或使用不当而引起开裂，要求制品设计中避免缺口或尖角的存在，对于厚薄连接处要用圆弧过渡。

4.模具结构

1）PMMA的成型收缩率较小（0.2%～0.4%），需要较大的脱模斜度，一般情况下，型芯部分的脱模斜度为30′～1°，型腔部分为35′～1°30′，对于稍复杂的制品其脱模斜度应加大。

2）模具浇注系统表面应光洁，流道和浇口应尽量宽大，对于壁厚小于4mm的制品，流道直径应为6～8mm；壁厚大于4mm的制品，流道直径应为8～12mm。浇口的设置应避免产生料流痕迹，浇口凝料要有利于去除而不伤及本体，同时还要有益于熔体流动并减少内应力，一般选用薄而宽的浇口，扇形浇口的深度应为0.7t至0.9t（t为制品壁厚度），针形浇口的直径应为0.8～2mm，低粘度的应选用较小的尺寸，浇口的整体长度不要超过50mm。

3）为了能及时排除型腔内的空气以及熔体挥发出的气体，减少制品中出现熔接痕的可能性，在模具中应考虑开设深度为0.05～0.07mm，宽6mm的排气孔（槽）。

4）对于装饰类制品，多数采用推板脱模；对于需要用顶针的，必须满足平衡顶出的原则。

5）对于一模多腔的模具，其冷却水道的布置应尽可能平衡，否则可能很难保证每个制品质量的一致。

5.原材料处理

PMMA易吸附水分，加工前必须干燥。干燥条件为：干燥温度80～90℃，干燥时间2～4h，料层厚度30～40mm。在干燥处理过程中，除了严格控制干燥工艺防止颗粒粘连成块之外，还应注意干燥设备以及盛器的干净整洁，以免杂质尘埃混入而影响制品质量。经干燥后的颗粒应及时使用，以防物料重新吸湿。对暂时不用的物料，要用密闭容器储存，以防重新吸湿。

6.注射成型工艺条件

（1）机筒温度 PMMA为非结晶型聚合物，没有明显的熔点。成型温度范围较宽，可在160～270℃之间选取。同时温度的改变对熔体流动性的影响比较明显，见表4-16。由表可知，随着温度的升高，熔体流动长度明显增加，这对于薄壁、长流程及复杂制品的充模十分重要，但必须注意，在选用高料温时易使制品表面变色或模糊等。

表4-16 机筒温度与熔体流动长的关系

机筒温度设定的恰当与否可通过对空注射法进行观察判断：若熔体低速从喷嘴中流出呈“串珠状”，不透明，则表明料温太低；如果是呈不透明、模糊、有气泡、银丝的膨胀体，则可认为温度偏高或树脂内含水量过高。合适机筒温度下的料流应光亮、透明、无气泡。(www.xing528.com)

一般来说，在能够充满型腔的情况下，要求取略低一些的机筒温度，以减少可能出现的变色和对性能的影响。

（2）模具温度 模具温度是PMMA成型中的一个重要因素，模具温度的控制与制品的结构形状、使用要求以及材料本身有关。一般控制在40～80℃，最高不超过80℃。型腔、型芯各部分的温度差应控制在10℃以下。模具温度高，充模速度快，可减少熔接不良现象，改善制品的透明性，尤其可降低制品的内应力。但模温提高后，制品的收缩率会增加，容易引起制品凹陷，还会延长成型周期。

在实际生产中，除了因充模困难，改善熔接痕，防止收缩孔等需要适当增加模具温度外，大多是采取通水冷却的办法来控制模具温度。

（3）注射压力 虽然注射压力对PMMA熔体流动性的影响不如注射温度那么明显，但由于熔体粘度较大，流动性比较差，特别是形状复杂的制品，为克服熔体流动阻力和减少收缩凹痕与气泡等问题，需要较大的注射压力。注射压力的选择，首先是依据制品的壁厚情况予以初选，其次再根据成型中的实际问题进行调整。通常无浇口、易流动的厚壁制品所选取的注射压力为80～100MPa之间，而熔体流动较困难的制品所需的压力要大于140MPa，大多数制品的注射压力为110～140MPa。

（4）注射速度 可以采用快速注射，但要避免产生高度内应力，最好用多级注射，如慢-快-慢等。注射厚壁制品时，则采用慢速，一般采用中等速度注射。

提高注射速度有利于PMMA熔体的充模，但高速注射会使浇口周围模糊不清，制品的透光性降低，同时还增加了制品中的内应力，故一般情况下不采用高速注射。当浇口较小（大多为针形浇口）、充模困难、制品上熔接痕明显时，可选用较高的注射速度。

（5）成型周期 成型周期与制品的壁厚有关，由于PMMA的玻璃化温度较高（105℃），可以在较高温度下脱模而很少发生变形，所以成型周期一般都比较短，只有当模具温度过高时，周期才略有延长，故成型周期较短。

PMMA注射成型工艺条件见表4-17。

表4-17 PMMA注射成型工艺条件

7.注意事项

（1）整洁 与PS一样，在加工过程中要保持原料、环境、设备和模具的清洁，否则会因透明度变差而影响制品的质量，甚至报废。

1）原料的整洁。使用时应先将包装材料清理干净，再打开包装。对于使用剩余的原料注意妥善保管，以防因静电作用而污染材料或与其他材料混杂。

2）环境的整洁。除了操作人员应注意自身的整洁外，还应注意操作环境的整洁，如机床周围、操作台、制品堆放处以及颗粒盛放处等。在操作过程中，还应注意给料斗加盖。

3）成型设备的整洁 料斗和机筒应特别注意清洁。如果机筒内存留有其他物料时，首先将机筒清洗干净（清洗材料可用PMMA的再生料），当机筒内存留有PVC、POM等物料时，应注意先用PS等物料清洗机筒，其次再用PMMA再生料清洗，而不可用PMMA再生料直接清洗，这一点务必注意。

4）模具的整洁 模具中不允许有油污（如防锈油、切削油、润滑油等）存在，以免使制品出现开裂、糊斑等。要定期清理模具型腔表面的水垢，以免影响制品的光泽度，一般不推荐使用脱模剂。

（2）机器停工时段 材料不能在机筒中停留太久，若温度为260℃，滞留时间最多不超过10min，若温度为270℃，滞留时间不能超过8min。长时间停止操作，要将机筒温度降至170℃以下，避免熔体降解。

（3）再生料的利用 在要求不高的制品中回收料可以与新料混合后使用，其掺入的质量分数通常为新料的30%，掺混后的物料在成型加工之前必须进行干燥处理，干燥的工艺与纯新料相同。对于透明度要求较高的制品，原则上不允许使用再生料。

（4）制品的后处理 为减少内应力，制品都应进行后处理。后处理条件为：温度70～80℃，时间视制品壁厚而定，一般为4h，然后缓慢冷却至室温。

8.PMMA注射成型中常见的不良现象、产生原因及解决方法（见表4-18）

表4-18 PMMA注射成型中常见的不良现象、产生原因及解决方法

（续）