以聚邻苯二甲酰胺的PPA为代表的高温高性能的聚酰亚胺材料的注塑工艺的研究及其在微电子、 aerospace等高端的工业中的应用日益广泛,但其注塑的工艺条件相对较为复杂,对所用的料的选用、注射模具的设计、注塑的工艺参数的控制都有较高的要求
1. 材料特性
- 熔点:PPA 结晶熔点位于 310 ℃–330 ℃,属于高熔点工程塑料[]。
采用对220℃~290℃的高温下对其的研究发现其于该温度范围内均能完成聚合并结晶手段,且其在此温度范围内均能保持优良的流动性、粘度等一系列的热稳固性。
其熔体冷却后可获得2.4~3.5GPa的弹性模量,抗拉强度约90MPa,热变形温度可达120℃以上,对高温的工作环境都具有较好的适用性。
2. 注塑温度范围
- 熔体温度〔Melt Temperature〕:
- 常规加工推荐 260 ℃–320 ℃,具体取值取决于材料牌号、填料含量还有所需流动性。
依托于对实际的工艺案例的摸索及对玻纤增强的PPA的深入研究,将其最佳的熔体温度确定为280℃(模具温度105℃),同时另一项研究也将其熔体的温度设为260℃均取得了较好的填充效果.。
- 模具温度〔Mold Temperature〕:
- 为控制冷却速率、降低内部应力,常设于 70 ℃–120 ℃。
采用对模具的优化如将模具的温度调至105℃手段,将熔体的温度调至280℃等,可将翘曲、轴向的偏移等一系列问题都较好的降低了[]。
3. 关键工艺参数
- 保压时间、压力:保压时间对制件尺寸稳固性影响显著,保压压力通常取注射压力 90% 左右。
依托于对高熔点材料的适度的注射速度的控制不仅能保证其充填的完整性,还能尽量避免由于过高的剪切热的产生而导致的材料的降解.。
依托于适当的调节PPA的晶结速度较快,冷却时间可设为10s~20s(具体取决于壁的厚度),从而使得晶体的充分形成,提高了其尺寸的精度。
4. 加工注意事项
因此,对PPA的注塑前都需在80℃—100℃的干燥环境下干燥4—6h,以防PPA水分的水解产生出气泡,从而使其造成的机械性能下降.。
借助对螺杆的合理的设计如采用高的压比、长的螺距等,可使剪切的金属得到足够的热,形成均匀的熔体温度分布,从而更好地保证了切削的连续性和均匀性,提高了切削的效率和切削的精度。
但无论如何加入的玻纤或高温的炭填料都将会略降低熔体的温度的要求(如可达280℃),但也将会对熔体的粘度造成一定的提升,因此都需要我们对其相应的调高一一的注射压力。
5. 典型工艺示例〔玻纤增强 PPA〕
- 熔体温度:280 ℃
- 模具温度:105 ℃
- 保压压力:90% 注射压力
- 保压时间:12 s
- 冷却时间:约 15 s〔依据壁厚〕
依托于对Moldflow的精准的仿真对比, ultimate系列的轴向偏移降低了8%,整体的产品质量也相对提升了9%。
6. 温度控制影响
但随着熔体的温度的不断升高,流动性也就相应的得到了明显的提升,从而对填充的阻力也就起到了较大的促进作用,但也将对填充的热降解带来一定的风险。
但若将模具的温度一一调高也会带来相对的“弊端”——一方面能较好的降低了冷却的速率,进而将内部的应力、翘曲等一一降低,但另一方面也会使得整个印模的循环时间相对的延长一会儿。
尽量避免将厚的铸件的熔体温度与模具的温度之间的差别太大,以防止其表面在冷却的过程中内外的应力集中产生裂纹等不良的外形及内部的缺陷。
总结
通过将其作为一类高熔点的工程塑料,巧妙的控制了其在注塑的核心温度的范围(一般在260℃~320℃的熔体温度、70℃~120℃的模具温度之间)从而充分的发挥了其自身的优良性能.。凭借对材料的具体牌号、合适的填料类型以及制件的精细的几何形状的优化的设计,通过对其流动性的、结晶的质量、尺寸的精度的平衡的对等的调节等,才能更好的实现其实际的工艺过程。依托于对干燥的准确控制、螺杆的合理设计以及对保压的精准调配等多方面的把握,才能真正的实现高质量的PPA注塑件的生产。