CN104369329B - 注塑螺杆及应用有该螺杆的注塑机成型共聚材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种注塑螺杆，包括熔胶筒、熔胶螺杆、熔胶筒前体、过胶头及喷嘴，熔胶筒具有一前后贯通的空腔，熔胶螺杆活动设置于熔胶筒的空腔内，熔胶螺杆的后部开有环向的半封闭式排气槽，位于所述排气槽后端的熔胶螺杆上成型有供排气槽中的气泡排出的气体排出部；熔胶螺杆表面的光洁度为0.1～0.12。半封闭式排气槽可以将注塑料中的气泡排出，但是又不会将与气泡同时产生的粉末排出，避免了螺杆下压造成的螺杆与注塑料之间的摩擦，确保了产品品质的稳定性；较高的光洁度可以有效减少螺杆对注塑件表面的摩擦和划伤。本发明的注塑方法得到的PC‑MBS‑PMMA三元共聚高透光材料透光度能达到90％。
Description
技术领域
本发明涉及注塑成型技术领域，尤其是三元共聚高透光材料的注塑成型技术领域，具体指一种注塑螺杆及应用有该螺杆的注塑机成型共聚材料的方法。
背景技术
现代化工业和日用产品中，越来越多用塑料代替玻璃，特别是应用于光学仪器和包装工业方面，要求材料的透明度高、耐磨性好、抗冲击韧性强。塑料中常用透明原料主要包括PMMA、PC及PET，其中，PMMA为无定型聚合物，俗称有机玻璃，其透明度极高，耐热性较好，与PS相比，不易脆裂，但PMMA表面硬度低，易被硬物划伤而留下痕迹，而且PMMA的成型流动性较差，熔体粘度对温度的变化比较敏感，导致PMMA成型难度大、产品合格率低。
授权公告号为CN200939686Y的中国实用新型专利《一种高效注塑机通用型注塑螺杆》(申请号：200520133840.1)披露了一种结构，其在螺杆的熔融段中设计成由熔融段主螺纹和熔融段副螺纹及熔融段固体槽和熔融段熔体槽构成的分离屏障型结构，且在该段中的槽深设计成正负组合式的几何压缩比，并对螺杆的长径比和三段长度比例等参数进行优化，以使螺杆能够适应多种塑料的加工，并达到输送速率高、低能耗、塑化能力强等要求。然而，对于高粘度、高透光材料PMMA来说，由于其在螺杆内流动性较差，使用上述结构的螺杆，原料在螺杆内易被摩擦和划伤，无法满足注塑要求。授权公告号为CN202491386U的中国实用新型专利《一种高粘度塑料注塑成型专用螺杆头》(申请号：201220051851.5)披露了一种专门用于PMMA的注塑用结构，其包括螺杆头进胶件、止逆球、安装螺牙和螺杆头出胶件，螺杆头进胶件与螺杆头出胶件通过安装螺牙连接成一个具有止逆功能的螺杆头，由于止逆件不会造成剪切效果，启闭迅速灵活，具有升压快、注射量精确、使用寿命长的特点，因此上述螺杆头特别适用于PMMA等高粘度材料的精密注塑成型。但是，由于PMMA熔体粘度对温度变化的感知非常敏感，需严格控制喷嘴的温度，而上述结构的螺杆头无法实现这一功能、易导致PMMA的注塑品质不稳定。
一般传统螺杆采用38CRMOAL材料制成，其光洁度最高达到0.8，易对PMMA塑料件造成摩擦和划伤，严重影响PMMA塑料件的透明度。并且，为了排出PMMA料中的气泡，一般在螺杆后端开设排气槽，现有技术中的排气槽一般为自螺杆后端向外螺旋形成的全通式排气槽，其槽径为2.5mm左右，采用这样的排气槽，在排出气泡的同时，会将与气泡同时产生的粉末排出，一段时间后，易造成螺杆下压、进而造成螺杆与注塑料之间的摩擦，严重影响产品的品质。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能有效减小注塑料的摩擦及划伤、专门用于高粘度塑料注塑成型的注塑螺杆。
本发明所解决的第二个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种应用有上述注塑螺杆的注塑机成型共聚材料的方法，利用该方法成型的PC-MBS-PMMA三元共聚材料透光度高达90％。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种注塑螺杆，包括熔胶筒、熔胶螺杆、熔胶筒前体、过胶头及喷嘴，所述熔胶筒具有一前后贯通的空腔，所述熔胶螺杆活动设置于熔胶筒的空腔内，所述熔胶筒前体的后端与熔胶筒的前端相连接，所述过胶头的后端与熔胶螺杆的前端相连接，所述熔胶筒前体的后端形成有与过胶头前端相匹配的凹槽，所述喷嘴连接于熔胶筒前体的前端，其特征在于：所述熔胶螺杆的后部开有环向的半封闭式排气槽，该排气槽的横截面自外向内成型为半圆弧状并与熔胶螺杆表面的螺纹槽相连通，位于所述排气槽后端的熔胶螺杆上成型有供排气槽中的气泡排出的气体排出部；所述熔胶螺杆表面的光洁度为0.1～0.12。
作为本发明的进一步改进，所述的气体排出部为熔胶螺杆上与排气槽相连通的倾斜面，该倾斜面的前端到熔胶筒内壁的距离为0.25～0.35mm，优选为0.3mm，该倾斜面的后端到熔胶筒内壁的距离为0.45～0.55mm，优选为0.5mm。选用上述参数范围，以使气泡能顺利排出，而又能避免与气泡同时产生的粉末排出，以免粉末堆积导致螺杆下压进而造成螺杆与注塑料之间的摩擦，确保了产品品质的稳定性。
更进一步，所述排气槽的外端宽度为3.5～4.5mm，优选为4mm。
在上述各方案中，所述的熔胶螺杆采用HPT1材料制成，其光洁度达到0.1～0.12，避免了对PMMA注塑件的摩擦和划伤，确保了注塑产品的品质。
所述的熔胶螺杆自前向后包括相互连接的计量段、压缩段及固体输送段，且所述熔胶螺杆的螺棱宽度自前向后逐渐减小。由于PMMA等高粘度物质的流动性差，冲击性不好，采用上述结构，以满足高粘度物质的注塑要求。
进一步改进，所述熔胶螺杆后端的螺棱宽度为熔胶螺杆直径的0.08～0.12倍，优选为0.1倍；所述熔胶螺杆前端的螺棱宽度为熔胶螺杆直径的0.13～0.19倍，优选为0.16倍；所述熔胶筒的长径比为(20～21.5):1。所述计量段、压缩段及固体输送段的长度之比为3:(8～9):(9～10)，优选为3:8:9。计量段主要是对熔体的分子均化和温度均化，并对熔体阻力阻止回流，稳定压力，以剪切流动为主；若计量段过短，易导致熔体均化不好，若计量段过长，会增加剪切时间，导致熔体过热。PMMA料的熔融范围较宽，采用长的压缩段可以使塑化能量转化温和，使PMMA料全部处于熔融状态；若压缩段过短，固体料未能完全融化，到计量段可能导致阻塞；若压缩段过长延长了料热历程，易影响输送效率，同时可能造成熔体过热乃至分解。上述优选参数避免了上述问题的出现，同时可以保证螺杆具有一定的输送能力，满足塑化要求。
作为优选，所述过胶头的外表面与熔胶筒的内表面之间设置有一过胶圈，并且，该过胶圈的后部形成有一倾斜的环形面，该环形面的内径自前向后逐渐增大。该环形面可以增加过胶圈在塑化和注射过程中的灵敏度，保证注射的精度。
较好的，所述过胶圈后侧的过胶头外表面与熔胶筒内表面之间设置有一过胶垫圈。
进一步改进，所述喷嘴与熔胶筒前体上对应开设有与熔胶筒前体的凹槽相连通的出料通道，所述喷嘴上靠近出料通道设置有能检测出料温度的探针。所述喷嘴上开有至少两个温控槽，两个温控槽分别对称分布于喷嘴的两侧，所述的探针设置于上述温控槽内。由于PMMA熔体粘度对温度变化比较敏感，温度变化对注塑产品的品质影响极大，因此，本发明采用直径为3.5mm的敞开式喷嘴，并在喷嘴上设置探针，通过探针对出料通道的温度时刻进行检测，并维持出料通道的温度在一定范围内保持稳定，以确保注塑产品品质的稳定性。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种应用有上述注塑螺杆的注塑机成型共聚材料的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将PMMA、PC及MBS的混合材料于80～100℃下干燥3～5h，混合材料中，PC占总材料重量的20～25％，MBS占总材料重量的10～15％，剩余部分为PMMA；将干燥后的混合材料及自由基引发剂置于注塑机中；
(2)设定注塑机的参数：
注射时间3～5s、保压时间20～40s、保压压力40～55MPa、冷却时间25～35s、模具温度45～65℃；
同时控制熔胶筒的计量段及固体输送段温度为250～270℃、压缩段温度为260～270℃，螺杆的转速设定为15～30r/min；
利用探针随时检测喷嘴的温度，并使喷嘴的温度控制在245～265℃之间。
所述自由基引发剂的重量为混合材料总重量的0.3％～1.5％，所述的自由基引发剂为过氧化环己酮。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)对于PMMA材料来说，其具有较好的亲水性，容易吸收空气中的水蒸气而引起树脂部分水解，水解过程会产生气泡，而气泡的存在严重影响注塑产品的透明度，为了提高产品的透明度，一般需要对注塑原料中的气泡进行排除，现有技术中，一般采用全通式的排气槽，这样的结构会在排出气泡的同时，将与气泡同时产生的粉末排出，一段时间后，易造成螺杆下压、进而造成螺杆与注塑料之间的摩擦，影响产品的品质；而本发明在熔胶螺杆的后部开设了环向的半封闭式排气槽，排气槽后部的熔胶螺杆上具有供气泡排出的渐变倾斜面，排气槽与倾斜面的整体结构使螺杆与空气接触的缝隙宽度仅为0.3mm，这样的结构，可以将注塑料中的气泡排出，但是又不会将与气泡同时产生的粉末排出，避免了螺杆下压造成的螺杆与注塑料之间的摩擦，确保了产品品质的稳定性；
(2)本发明中的熔胶螺杆采用高耐磨性材料，熔胶螺杆表面的光洁度达到0.1～0.12，可以有效减少螺杆对注塑件表面的摩擦和划伤，确保注塑产品的品质。
(3)本发明的注塑方法无需在注塑前将PMMA、PC及MBS进行共聚反应，而是直接将PMMA、PC及MBS的原材料混合后加入注塑机中，在注塑过程中实现PMMA、PC及MBS之间的共聚，得到PC-MBS-PMMA三元共聚高透光材料，该方法步骤简单，便于工业化生产，所得材料的透光度能达到90％。
附图说明
图1为本发明实施例中熔胶螺杆的结构示意图；
图2为本发明实施例的剖视图；
图3为图1中A部分的放大结构示意图；
图4为图2中B部分的放大结构示意图；
图5为图2中C部分的放大结构示意图；
图6为图2中喷嘴的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1～6所示，本实施例的注塑螺杆包括熔胶筒1、熔胶螺杆2、熔胶筒前体3、过胶头4及喷嘴5，熔胶筒1具有一前后贯通的空腔，熔胶螺杆2活动设置于熔胶筒1的空腔内，熔胶筒前体3的后端通过紧固螺钉100锁紧连接在熔胶筒1前端面上，熔胶筒前体3的前端连接有喷嘴5，熔胶筒前体3及喷嘴5上对应开设有相互连通的出料通道200。过胶头4设置于熔胶筒1内，过胶头4后端与熔胶螺杆2的前端相连接，过胶头4前端成型为圆锥形，熔胶筒前体3的后端形成有与过胶头4前端相匹配的凹槽31，出料通道200的后端与凹槽31相连通；过胶头4的外表面与熔胶筒1的内表面之间设置有一过胶圈6，并且，该过胶圈6的后部形成有一倾斜的环形面，该环形面的内径自前向后逐渐增大，该环形面可以增加过胶圈6在塑化和注射过程中的灵敏度，保证注射的精度。为了增加过胶头4与过胶圈6之间的密封性，过胶圈6后侧的过胶头4外表面与熔胶筒1内表面之间设置有一过胶垫圈7。
在本实施例中，熔胶螺杆2的后部开有两个相连通的环向的半封闭式排气槽21，该排气槽21的横截面自外向内成型为半圆弧状，排气槽21的外端宽度为4mm，熔胶螺杆2上左侧的排气槽21与熔胶螺杆2表面螺纹槽20的末端相连通，位于排气槽21后端的熔胶螺杆2上成型有供排气槽21中的气泡排出的气体排出部10；本实施例中的气体排出部10为熔胶螺杆2上与排气槽21后端相连通的倾斜面，该倾斜面的前端到熔胶筒1内壁的距离为0.3mm，该倾斜面的后端到熔胶筒1内壁的距离为0.5mm。对于PMMA材料来说，其具有较好的亲水性，容易吸收空气中的水蒸气而引起树脂部分水解，水解过程会产生气泡，而气泡的存在严重影响注塑产品的透明度，为了提高产品的透明度，一般需要对注塑原料中的气泡进行排除，现有技术中，一般采用全通式的排气槽，这样的结构会在排除气泡的同时，将与气泡同时产生的粉末排出，一段时间后，易造成螺杆下压、进而造成螺杆与注塑料之间的摩擦，影响产品的品质；而本实施例中采用上述参数的半封闭式排气槽21，排气槽21与倾斜面的整体结构使螺杆与空气接触的缝隙宽度仅为0.3mm，可以将注塑料中的气泡排出，但又不会将与气泡同时产生的粉末排出，避免了螺杆下压造成的螺杆与注塑料之间的摩擦，确保了产品品质的稳定性。熔胶螺杆2采用HPT1材料制成，熔胶螺杆2表面的光洁度为0.1，可以有效减少螺杆对注塑件表面的摩擦和划伤，确保注塑产品的品质。
如图1所示，熔胶筒1自前向后包括相互连接的计量段12、压缩段13及固体输送段14，且熔胶螺杆2的螺棱宽度自前向后逐渐减小。熔胶螺杆2后端的螺棱宽度为熔胶螺杆直径D的0.1倍；熔胶螺杆2前端的螺棱宽度为熔胶螺杆直径D的0.16倍；熔胶筒1的长径比为21.5:1；计量段12、压缩段13及固体输送段14的长度之比为3:8:9。由于PMMA等高粘度物质的流动性差，冲击性不好，采用上述结构，以满足高粘度物质的注塑要求。
在本实施例中，喷嘴5上靠近出料通道200设置有能检测出料温度的探针。具体的，喷嘴5上开有两个温控槽51，两个温控槽51分别对称分布于喷嘴5的两侧，探针设置于温控槽51内。由于PMMA熔体粘度对温度变化比较敏感，温度变化对注塑产品的品质影响极大，因此，本实施例采用直径为3.5mm的敞开式喷嘴，并在喷嘴5上设置探针，通过探针对出料通道200的温度时刻进行检测，并维持出料通道200的温度在一定范围内保持稳定，以确保注塑产品品质的稳定性。
应用有本实施例的注塑螺杆的注塑机对PC-MBS-PMMA三元共聚高透光材料注塑成型的方法包括以下步骤：
(1)将PMMA、PC及MBS的混合材料于85℃下干燥3h，混合材料中，PC占总材料重量的20～25％，MBS占总材料重量的10～15％，剩余部分为PMMA；将干燥后的混合材料及自由基引发剂置于注塑机中；
(2)设定注塑机的参数：注射时间3s、保压时间30s、保压压力50MPa、冷却时间26s、模具温度65℃；同时控制熔胶筒的计量段及固体输送段温度为255℃、压缩段温度为265℃，螺杆的转速设定为22r/min；利用探针随时检测喷嘴的温度，并使喷嘴的温度控制在245～265℃之间。
步骤(1)中的自由基引发剂为过氧化环己酮，其重量为混合材料总重量的0.3％～1.5％。
本实施例的注塑方法无需在注塑前将PMMA、PC及MBS进行共聚反应，而是直接将PMMA、PC及MBS的原材料混合后加入注塑机中，在注塑过程中实现PMMA、PC及MBS之间的共聚，得到PC-MBS-PMMA三元共聚高透光材料，该方法步骤简单，便于工业化生产。经检测，采用上述方法注塑得到的PC-MBS-PMMA三元共聚高透光材料，其透光性能保持在90％以上。
Claims (10)
1.一种注塑螺杆，包括熔胶筒、熔胶螺杆、熔胶筒前体、过胶头及喷嘴，所述熔胶筒具有一前后贯通的空腔，所述熔胶螺杆活动设置于熔胶筒的空腔内，所述熔胶筒前体的后端与熔胶筒的前端相连接，所述过胶头的后端与熔胶螺杆的前端相连接，所述熔胶筒前体的后端形成有与过胶头前端相匹配的凹槽，所述喷嘴连接于熔胶筒前体的前端，其特征在于：所述熔胶螺杆的后部开有环向的半封闭式排气槽，该排气槽的横截面自外向内成型为半圆弧状并与熔胶螺杆表面的螺纹槽相连通，位于所述排气槽后端的熔胶螺杆上成型有供排气槽中的气泡排出的气体排出部；所述熔胶螺杆表面的光洁度为0.1～0.12。
2.根据权利要求1所述的注塑螺杆，其特征在于：所述的气体排出部为熔胶螺杆上与排气槽相连通的倾斜面，该倾斜面的前端到熔胶筒内壁的距离为0.25～0.35mm，该倾斜面的后端到熔胶筒内壁的距离为0.45～0.55mm。
3.根据权利要求2所述的注塑螺杆，其特征在于：所述排气槽的外端宽度为3.5～4.5mm。
4.根据权利要求2所述的注塑螺杆，其特征在于：所述熔胶螺杆采用HPT1材料制成。
5.根据权利要求3所述的注塑螺杆，其特征在于：所述的熔胶筒自前向后包括相互连接的计量段、压缩段及固体输送段，且所述熔胶螺杆的螺棱宽度自前向后逐渐减小；所述熔胶螺杆后端的螺棱宽度为熔胶螺杆直径的0.08～0.12倍，所述熔胶螺杆前端的螺棱宽度为熔胶螺杆直径的0.13～0.19倍。
6.根据权利要求5所述的注塑螺杆，其特征在于：所述熔胶筒的长径比为(20～21.5):1；所述计量段、压缩段及固体输送段的长度之比为3:(8～9):(9～10)。
7.根据权利要求1～6中任一权利要求所述的注塑螺杆，其特征在于：所述过胶头的外表面与熔胶筒的内表面之间设置有一过胶圈，并且，该过胶圈的后部形成有一倾斜的环形面，该环形面的内径自前向后逐渐增大。
8.根据权利要求7所述的注塑螺杆，其特征在于：所述过胶圈后侧的过胶头外表面与熔胶筒内表面之间设置有一过胶垫圈。
9.根据权利要求1～6中任一权利要求所述的注塑螺杆，其特征在于：所述喷嘴与熔胶筒前体上对应开设有与熔胶筒前体的凹槽相连通的出料通道，所述喷嘴上靠近出料通道设置有能检测出料温度的探针。
10.一种应用有权利要求9的注塑螺杆的注塑机成型共聚材料的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将PMMA、PC及MBS的混合材料于80～100℃下干燥3～5h，混合材料中，PC占总材料重量的20～25％，MBS占总材料重量的10～15％，剩余部分为PMMA；将干燥后的混合材料及自由基引发剂置于注塑机中；
(2)设定注塑机的参数：
注射时间3～5s、保压时间20～40s、保压压力40～55MPa、冷却时间25～35s、模具温度45～65℃；
同时控制熔胶筒的计量段及固体输送段温度为250～270℃、压缩段温度为260～270℃，螺杆的转速设定为15～30r/min；
利用探针随时检测喷嘴的温度，并使喷嘴的温度控制在245～265℃之间。
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