不饱和聚酯塑料的注射成型技巧优化

不饱和聚酯树脂（UP）是由不饱和二元酸、饱和二元酸与多元醇缩聚而成的线型聚合物。不饱和聚酯是一种性能较脆的热固性塑料，通常用各种不同的填料增强后才能保证足够的力学强度。实际生产中一般是在不饱和聚酯树脂中加入增稠剂、低收缩添加剂、填充剂、脱模剂等组成混合物，与玻璃纤维充分混合后制得注射用模塑料。

1.模塑料的原料组成及配方

根据模塑料的形状，模塑料可以分为干预混料（SMC）和湿预混料（BMC）。把反应性的固态不饱和聚酯预聚物（软化温度在50～120℃）、固态固化剂、玻璃纤维、催化剂、色料等制成模塑料，有片状和粒状，称为干预混料（SMC）。粒状料用于注射工艺，能用普通热固性塑料注射机进行成型加工，储存稳定期可达一年以上。把液态不饱和聚酯树脂和玻璃纤维、催化剂、润滑剂、色料等放在捏合机中混炼成外形像生面粉团状的模塑料，称为湿预混料（BMC），也叫聚酯料团。湿预混料常用苯乙烯单体或DAP单体作交联剂，可用于注射或模压成型。

BMC和SMC所用增强材料的形式和制造工艺各不相同，SMC是干法制造玻璃纤维增强聚酯的新型模压材料，更适合于模压成型大件制品。BMC和SMC塑料的综合性能见表5-15，常用模塑料的配方范围见表5-16。

表5-15 BMC和SMC塑料的综合性能

表5-16 注射用模塑料的配方范围

2.模塑料原料的成型工艺

（1）BMC的成型工艺 BMC的成型工艺如图5-5所示。BMC使用的玻璃纤维有短切单纱、短切粗纱（俗称开刀丝）和浸有可溶性树脂的短切单纱，通常称作高规整性的多股纤维束（HSI）。HSI在混合过程中不会解捻，可以较好地保持纤维的力学强度。采用短切的形式是为了便于与树脂的其他辅料混合，形成块状料团（预混料）。纤维的长度对制品力学性能影响很大，玻璃纤维长度一般取6～12mm，长的可达25mm，过短制品的强度低，过长则使混合困难，制品可能因为混料不均导致力学性能下降。

图5-5 BMC的成型工艺

（2）SMC的成型工艺 SMC的成型工艺如图5-6所示。SMC是成整片状的模压料，所以通常用短切的玻璃毡作增强材料，毡片中玻璃纤维由可溶性粘合剂粘在一起。与BMC相比，SMC的生产过程连续，周期短，成本低，其工艺说明如下。

图5-6 SMC的成型工艺

1）混合。与BMC相同。

2）浸毡。因为增强材料为整张的玻璃纤维毡，所以不是在捏合机中捏合，而是在专用的连续浸毡设备中进行。该设备类似于压延机，两张玻璃纤维毡制成宽40～50mm、厚3～4mm的长条，绕在卷筒上，两卷筒灌入树脂糊，树脂由内向外渗透。为了避免糊料流失及粘附设备，在毡的外表衬以聚氯乙烯薄膜。

3）挤压。靠浸毡设备中的挤压辊挤压，起到促进浸透的作用。

4）干燥。通过浸毡设备中的低温烘箱烘干，以加速树脂增稠。

3.模塑料的注射成型

（1）注射机 BMC注射成型可采用柱塞式注射机，也可采用螺杆式注射机。考虑到BMC注射机与普通热固性塑料注射机的相似性，下面仅简单介绍一些特殊设计之处。

1）加料系统。BMC注射成型时，在BMC注射机上装有特殊形式的料斗和供料装置。机筒设有侧入口以便与自动加料装置相连接。供料装置装有液压活塞可把模塑料压入塑化机筒内，在螺杆旋转作用下进行输送和塑化。

2）注射系统。BMC注射机通常采用零收缩的直通式螺杆，或采用反压缩比的膨胀式螺杆，螺杆长径比相对较小，一般为14～16，螺杆直径比同吨位普通热固性塑料注射机的螺杆要粗20%～30%，螺槽深度尺寸应更大一些。这样，顺螺杆输料时可排除BMC料团内包裹的空气。螺杆为锥形，与机筒和喷嘴内轮廓配合。为克服反压缩比螺杆存在的回流损失大的缺陷，通常采用止逆环。

机筒是注射系统中另一个重要塑化部件，多采用整体式，要求耐高温、高压，耐磨，大多采用氮化钢或双金属材料。而喷嘴通常为直通式，孔口直径为2～3mm。(www.xing528.com)

螺杆传动可进行无级变速，以防止料团在机筒内固化而使螺杆扭断。

3）加热系统。BMC注射成型中，控制机筒温度十分重要，必须有一套温度控制系统控制供热，确保加料段到喷嘴的最佳温度。目前大多采用恒温水或恒温油加热方式，也可采用电加热套对机筒进行分段加热，并设置冷却水夹套，以备必要时作冷却之用。

（2）模具 BMC注射模的设计原理与普通热固性塑料注射模相似。对于BMC注射模，其特殊化设计包括以下几点：

1）整个模具形状无尖锐过渡，浇口应尽量小一些，短一些，并且有4°～5°的斜度，且高度抛光。

2）流道为圆形，直径为3～7mm，且呈反锥度。应尽可能使流道短一些，且高度抛光。在多腔模具中应采用均衡流道系统，型腔与主流道旁通，且分流道尽可能短一些。

3）浇口尽量设置在各个方向的流动达到均衡的位置上，在不均匀流动的地方，浇口应设置成使流动方向沿最关键尺寸的轴线。浇口尺寸应尽可能大一些，以使注射过程受冲击最小。

4）设置合理的排气槽。

5）选择最佳的顶出杆及其数量、位置。

6）保证所有尺寸的紧密配合公差（0.0025～0.0050mm），并在每个合适的位置设置最小2°的脱模斜度。

7）模具材料一般为工具钢，表面镀硬铬。对大型制品的模具，要求硬度达40～50HRC，必要时，可采用镍-铬-钼合金钢。

BMC注射模的加热方式主要有电加热、循环热油或蒸汽加热等。为保证模具表面温度的均衡性，国外已采用自动调温系统，如sobar加热技术和热芯（hot-cone）技术。

（3）注射成型工艺

1）机筒温度与模具温度。与其他热固性塑料一样，BMC在机筒中受热塑化时同时发生两个过程：一是受热使树脂体系反应活性增加，树脂粘度降低；二是受热后其化学反应速度增大，形成分子间交联，体系粘度增大。这两个过程哪种占优势，主要取决于温度和受热时间。为便于操作，要求BMC在机筒温度下较长时间内保持低粘度的流动态。一般来说，机筒温度应取能满足BMC流动性的低限值，这样一方面可避免高温下料团在螺杆内的滑移，使压力与注射量难以控制，另一方面也可避免注射过程中因交联反应而难于操作。机筒温度一般分为两段或三段控制，靠近料斗端的温度较低，一般控制在20～60℃；靠近喷嘴端的温度较高，一般控制在70～90℃；经机筒塑化的BMC高速流经喷嘴和模具流道时达到最大流动性，具有极好的充模性，模具温度一般控制在135～185℃。

2）螺杆转速及背压。注射BMC时，由于螺杆直径相对加大，其剪切作用相应增加；加之螺杆转速的提高，也会增大剪切作用，摩擦生热量也大，使玻璃纤维损伤增大。因此，为尽量减少玻璃纤维损伤，注射时应选择低螺杆转速，一般为20～50r/min。

根据BMC的粘度，应采用较低的背压，以避免产生过多的摩擦热。背压值一般选用1.4～2.0MPa。

3）注射压力与注射速度。注射压力与注射速度对BMC的充模起着决定性作用。针对BMC流动性差、固化快以及模具结构复杂的特点，一般选择较高的注射压力，为80～160MPa。

注射速度的选择取决于流道直径和模具排气速率。注射速度的提高，有助于提高制品表面质量，缩短固化时间，但不利于排气，并增加玻璃纤维取向程度。因此在保证制品表面质量的前提下，尽量采用较低的注射速度，通常为1.8～3.5m/min。

4）成型周期。成型周期是影响制品成本的主要因素，其中注射时间和保温时间对制品起着决定性作用。通常根据制品大小与复杂程度来确定注射时间和保温时间，注射时间一般为2～20s，保温时间为10～20s/mm（厚度）。

4.BMC注射制品常见缺陷及原因

BMC注射制品的常见缺陷及原因分析见表5-17。

表5-17 BMC注射制品常见缺陷及原因分析