团状模塑料(BMC) 反射镜注射成型技术的研究.pdf

1、 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/团 状 模 塑 料 (BMC)反 射 镜 注 射 成 型 技 术 的 研 究陈 庆 涛(上 海 小 糸 车 灯 有 限 公 司 ,上 海 201821)摘 要 从 团 状 模 塑 料 (BMC) 注 射 成 型 机 、 辅 助 设 备 、 模 具 、 BMC 材 料 及 工 艺 条 件 ,分 析 BMC 注 射 成 型 车 灯 反 射 镜 的 技 术 与要 求 。关 键 词 注 射 成 型 ;团 状 模 塑 料 ;车

2、 灯 反 射 镜中 图 分 类 号 : TQ 320166 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :100925993 (2010) 0220010203收 稿 日 期 :2010205210作 者 简 介 :陈 庆 涛 (1975 ) ,男 ,工 程 师 ,从 事 热 固 性 塑 料 材 料 和成 型 技 术 的 研 究 。0 前 言汽 车 照 明 质 量 关 系 到 驾 驶 员 和 行 人 的 安 全 ,因此 ,各 国 的 法 规 都 对 汽 车 照 明 实 施 强 制 安 全 管 理 要求 。 在 汽 车 照 明 中 直 接 影 响 配 光 效 果 的 是 反 射 镜的 质 量 ,如

3、 果 反 射 镜 变 形 严 重 将 导 致 反 射 光 线 分 布不 符 合 法 规 要 求 ,导 致 灯 光 安 全 强 检 无 法 通 过 。 当今 汽 车 前 照 灯 常 用 的 反 射 镜 有 两 种 成 型 方 法 :一 种是 钢 板 冲 压 成 型 ;另 一 种 是 热 固 性 塑 料 成 型 。 钢 板冲 压 成 型 工 艺 无 法 在 反 射 镜 上 加 工 照 明 分 布 线 和明 暗 截 止 线 而 逐 渐 被 淘 汰 。 热 固 性 塑 料 一 般 使 用团 状 模 塑 料 (BMC) ,由 于 其 能 够 加 工 成 各 种 自 由曲 面 来 满 足 配 光 要 求

4、而 获 得 推 广 。BMC 是 在 不 饱 和 聚 酯 树 脂 中 加 入 增 稠 剂 、 无机 填 料 、 引 发 剂 、 脱 模 剂 等 组 分 ,再 与 短 切 玻 璃 纤 维捏 合 而 成 的 热 固 性 塑 料 。 BMC 成 型 与 常 用 的 热 固性 塑 料 一 样 ,包 括 压 制 成 型 、 传 递 成 型 和 注 射 成 型三 种 1 。 技 术 较 成 熟 和 使 用 较 多 的 还 是 压 制 成 型 ,但 压 制 成 型 因 无 法 生 产 一 些 结 构 和 形 状 复 杂 的 制品 而 受 到 限 制 。 BMC 注 射 成 型 具 有 能 加 工 外 形 复

5、杂 、 尺 寸 精 度 高 、 稳 定 性 好 的 制 品 以 及 自 动 化 程 度高 、 生 产 效 率 高 等 优 点 ,因 此 ,广 泛 应 用 在 汽 车 前 照灯 反 射 镜 生 产 上 。 随 着 BMC 注 射 成 型 的 广 泛 应用 ,逐 渐 形 成 了 BMC 注 射 成 型 的 技 术 要 求 2 。本 文 从 BMC 注 射 成 型 机 、 辅 助 设 备 、 模 具 、BMC 材 料 、 工 艺 要 求 和 后 道 处 理 等 ,对 BMC 注 射成 型 技 术 进 行 论 述 。1 BMC 注 射 成 型 机BMC 车 灯 反 射 镜 的 注 射 成 型 设 备

6、,作 为 热 固性 塑 料 注 射 机 中 的 一 种 ,与 常 用 的 热 塑 性 塑 料 注 射机 相 比 有 很 多 不 同 ,主 要 在 供 料 系 统 上 有 一 定 的 特殊 要 求 。 料 筒 和 螺 杆 的 结 构 3 ,如 图 1 所 示 。图 1 BMC 注 射 机 螺 杆 结 构 图Fig. 1 BMC injection machine structure(1) 料 筒 结 构为 了 保 证 BMC 材 料 在 料 筒 内 不 固 化 ,仅 起 到预 热 作 用 ,并 且 温 度 均 匀 ,料 筒 一 般 用 恒 温 水 循 环冷 却 ,温 度 控 制 在 40 左 右

7、 。(2) 螺 杆采 用 单 螺 杆 结 构 ,螺 杆 上 无 供 料 段 、 压 缩 段 和计 量 段 的 区 别 ,是 等 距 、 等 深 和 无 压 缩 比 的 ,对BMC 不 起 压 缩 作 用 ,仅 起 送 料 的 作 用 ,可 防 止 因 剪切 摩 擦 太 大 引 起 BMC 在 料 筒 中 固 化 。 螺 杆 头 上带 有 截 流 阀 、 止 退 圈 和 分 流 梭 ,能 够 保 证 在 高 速 与高 压 的 条 件 下 精 确 注 射 成 型 。01团 状 模 塑 料 (BMC)反 射 镜 注 射 成 型 技 术 的 研 究 上 海 塑 料 2010 年 第 2 期 (总 第

8、150 期 ) 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/(3) 喷 嘴喷 嘴 是 敞 开 式 的 ,孔 径 较 小 。 喷 嘴 便 于 拆 卸 ,及 时 清 理 硬 化 物 。2 关 键 的 辅 助 设 备BMC 注 射 成 型 的 辅 助 设 备 对 成 型 起 到 举 足 轻重 的 作 用 ,直 接 影 响 制 品 的 稳 定 性 、 表 面 质 量 和 尺寸 精 度 。 对 成 型 高 稳 定 性 、 高 精 度 要 求 的 反 射 镜 尤其 重 要

9、。 以 下 从 两 个 方 面 进 行 分 析 。(1) 温 控 系 统料 筒 、 螺 杆 和 模 具 等 都 需 要 有 稳 定 的 温 控 系统 ,一 旦 温 度 发 生 变 化 ,直 接 影 响 制 品 的 稳 定 性 ;而常 用 肉 眼 根 本 无 法 看 到 的 变 形 就 会 导 致 反 射 光 线无 法 满 足 法 规 的 要 求 。(2) 排 气 系 统热 塑 性 塑 料 注 射 成 型 的 排 气 通 常 只 需 要 通 过合 模 压 力 的 卸 除 ,便 可 使 模 腔 中 的 气 体 经 模 具 分 型面 逸 走 3 。 但 BMC 反 射 镜 注 射 成 型 时 ,压

10、力 的 卸除 会 导 致 制 品 的 微 小 变 形 ,影 响 到 反 射 镜 配 光 的 准确 性 。 为 了 保 证 制 品 质 量 的 稳 定 ,不 能 采 用 常 用 的排 气 方 法 ,而 需 要 有 特 殊 的 排 气 系 统 。 通 常 是 通 过与 注 射 机 联 动 ,配 备 真 空 泵 系 统 ,如 图 2 所 示 。图 2 排 气 系 统 图Fig12 Exhaust system3 BMC 材 料 注 射 模 具BMC 注 射 模 具 属 于 热 固 性 注 射 模 ,基 本 结 构与 热 固 性 塑 料 注 射 模 相 似 。 模 具 安 装 在 专 用 的BMC 注

11、 射 机 上 ,工 作 时 由 注 射 机 的 锁 模 机 构 锁 紧 。塑 料 在 料 筒 内 通 过 低 温 加 热 ,并 依 靠 螺 杆 转 动 时 的摩 擦 热 塑 化 成 流 动 状 态 ,然 后 在 螺 杆 的 压 力 作 用下 ,通 过 注 射 机 喷 嘴 和 模 具 浇 注 系 统 进 入 模 具型 腔 4 。分 型 面 减 少 接 触 面 积 ,改 善 塑 料 分 型 面 溢 料是 热 固 性 塑 料 注 射 模 一 个 非 常 突 出 的 问 题 。 因 为注 射 过 程 中 注 射 压 力 、 注 射 速 率 较 高 ,流 动 性 好 ,易产 生 溢 料 ;分 型 面 应

12、 具 有 一 定 的 硬 度 ,即 使 非 接 触面 也 要 求 一 定 的 硬 度 。浇 注 系 统 由 于 注 射 机 喷 嘴 头 部 在 保 压 和 硬化 阶 段 与 高 温 的 模 具 长 时 间 接 触 ,使 喷 嘴 出 口 处 存留 一 段 硬 化 料 。 为 防 止 这 段 硬 化 料 下 次 注 射 时 进入 型 腔 ,造 成 制 品 缺 陷 ,甚 至 堵 塞 浇 口 ,为 此 常 在 主流 道 末 端 设 置 “ 冷 料 ” 穴 和 拉 料 结 构 。 采 用 带 顶 杆的 錐 形 拉 料 穴 ,同 时 考 虑 到 传 热 效 果 ,一 般 都 采 用梯 形 截 面 的 分

13、流 道 。排 气 槽 由 于 BMC 在 硬 化 时 需 要 苯 乙 烯 进行 化 学 反 应 ,反 应 过 程 中 残 留 部 分 苯 乙 烯 气 体 ,同时 考 虑 到 模 具 型 腔 内 有 空 气 存 在 ,因 此 ,必 须 通 过排 气 槽 将 这 些 气 体 及 时 排 出 模 外 。 否 则 ,反 射 镜 表面 会 出 现 残 留 凹 痕 、 成 型 不 足 、 粗 糙 等 缺 陷 。 一 般的 排 气 槽 结 构 ,如 图 3 所 示 。图 3 模 具 排 气 槽Fig. 3 Mold exhaust groove4 BMC 材 料 要 求BMC 材 料 主 要 以 不 饱 和

14、 聚 酯 为 基 体 ,加 入 防收 缩 剂 、 引 发 剂 、 增 稠 剂 、 玻 璃 纤 维 和 无 机 填 料 等 混合 而 成 。 但 作 为 车 灯 反 射 镜 用 的 材 料 还 有 一 些 特殊 要 求 。4. 1 树 脂BMC 材 料 大 多 采 用 不 饱 和 聚 酯 为 基 体 ,根 据其 不 同 的 品 级 和 性 能 要 求 ,采 用 各 种 复 合 型 树 脂 ,使 各 方 面 性 能 均 衡 。 例 如 :掺 加 改 进 型 乙 烯 基 酯 树脂 ,成 本 虽 略 有 提 高 ,但 可 以 根 据 要 求 制 得 具 有 高耐 热 性 、 耐 疲 劳 性 ,高 冲

15、击 性 和 低 挥 发 性 的 BMC材 料 ,同 时 还 可 以 改 善 收 缩 性 和 成 型 性 。 对 制 备 反射 镜 用 BMC 材 料 的 树 脂 有 以 下 的 要 求 5 :(1) 采 用 间 苯 型 树 脂 ,同 时 辅 助 添 加 改 性 型 树脂 ,具 有 较 高 的 耐 热 性 、 耐 蚀 性 ,机 械 强 度 高 。(2) 严 格 控 制 酸 值 ,使 树 脂 达 到 确 定 的 相 对 分子 质 量 。11团 状 模 塑 料 (BMC)反 射 镜 注 射 成 型 技 术 的 研 究 上 海 塑 料 2010 年 第 2 期 (总 第 150 期 ) 1994-20

16、10 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/(3) 要 有 确 定 的 稠 化 性 能 ,满 足 BMC 注 射 成型 工 艺 要 求 。 控 制 树 脂 中 的 水 分 ,避 免 影 响 稠 化速 率 。(4) 低 收 缩 率 ,能 制 得 表 面 光 洁 、 不 变 形 的制 品 。(5) 树 脂 在 加 入 引 发 剂 的 情 况 下 既 能 满 足 几周 存 放 期 的 要 求 ,又 能 在 注 射 成 型 时 迅 速 固 化 。4. 2 玻 璃 纤 维 和 无 机

17、填 料玻 璃 纤 维 和 无 机 填 料 作 为 BMC 材 料 中 重 要的 组 成 部 分 ,对 BMC 材 料 的 性 能 起 到 重 要 的 作用 。 为 了 保 证 反 射 镜 的 性 能 ,玻 璃 纤 维 要 控 制 长 度和 直 径 ,纤 维 表 面 的 处 理 也 十 分 重 要 ;无 机 填 料CaCO3 需 要 控 制 颗 粒 粒 径 和 吸 水 性 。4. 3 引 发 剂随 着 BMC 材 料 的 发 展 ,引 发 剂 的 品 种 越 来 越多 ,可 以 根 据 BMC 材 料 的 要 求 选 用 各 种 相 应 的 引发 剂 。 但 不 管 哪 种 引 发 剂 都 要

18、能 保 证 在 存 储 温 度下 低 引 发 或 不 引 发 树 脂 固 化 ,在 高 温 下 快 速 引 发 树脂 固 化 。其 他 如 增 稠 剂 、 脱 模 剂 和 防 收 缩 剂 等 辅 助 剂 对BMC 材 料 的 性 能 都 起 到 重 要 的 改 善 作 用 。 最 近 在国 内 材 料 技 术 的 发 展 下 ,推 动 了 各 种 辅 助 剂 的 发展 。 这 些 辅 助 剂 虽 然 会 增 加 材 料 的 成 本 ,但 可 以 根据 材 料 的 品 级 要 求 开 发 各 种 高 性 能 要 求 的 BMC材 料 。5 注 射 工 艺 条 件整 个 注 射 过 程 包 括 :

19、加 料 、 塑 化 、 注 射 成 型 、 保压 固 化 、 出 模 等 几 个 步 骤 。 其 中 ,重 点 是 塑 化 、 注 射成 型 和 保 压 固 化 。 影 响 注 射 过 程 的 三 大 因 素 是 温度 (料 筒 温 度 、 模 具 温 度 ) ,压 力 (注 射 压 力 、 保 压 、 背压 ) ,时 间 ,即 :成 型 周 期 (塑 化 、 注 射 、 保 压 固 化 时间 ) 2 。料 筒 温 度 料 筒 的 温 度 要 求 较 低 ,避 免 BMC材 料 在 流 动 过 程 中 在 料 筒 内 固 化 。 控 制 在 3545 。模 具 温 度 主 要 考 虑 到 BM

20、C 材 料 的 固 化 ,要求 150 以 上 。注 射 压 力 与 速 率 根 据 制 品 的 大 小 进 行 调 整 ,通 常 注 射 压 力 控 制 在 30 140 MPa ;速 率 与 压 力 是相 辅 相 成 的 ,会 随 压 力 升 高 而 提 高 。固 化 时 间 根 据 材 料 的 性 能 和 产 品 的 大 小 进行 调 整 ,固 化 时 间 基 本 都 控 制 在 40 90 s。注 射 工 艺 条 件 对 BMC 制 品 的 质 量 影 响 非 常大 ,特 别 对 表 面 要 求 光 洁 、 尺 寸 精 度 要 求 高 的 反 射镜 ,必 须 严 格 控 制 注 射 工

21、 艺 条 件 。 如 降 低 制 品 表 面粗 糙 度 可 以 通 过 提 高 注 射 速 率 和 压 力 ,或 提 高 模 具的 温 度 来 解 决 ;为 了 保 证 产 品 不 变 形 ,保 证 反 射 镜的 配 光 要 求 ,可 以 通 过 提 高 保 压 压 力 和 延 长 固 化 时间 来 实 现 ,在 充 分 固 化 的 条 件 下 ,制 品 顶 出 时 ,不 容易 发 生 变 形 。6 结 论根 据 上 述 分 析 ,必 须 从 BMC 注 射 成 型 机 、 辅助 设 备 、 模 具 、 BMC 材 料 、 工 艺 条 件 等 方 面 入 手 ,选择 最 佳 的 工 艺 参 数

22、 ,才 能 注 射 生 产 出 表 面 光 洁 、 尺寸 稳 定 、 精 度 高 的 BMC 反 射 镜 。参 考 文 献 : 1 米 德 尔 曼 S. 聚 合 物 加 工 基 础 M . 赵 得 禄 ,译 . 第 2 版 . 北京 :科 学 出 版 社 ,1984 :2402249. 2 陈 庆 涛 ,宋 结 明 . BMC 注 射 成 型 车 灯 反 射 镜 工 艺 分 析 J .中 国 照 明 电 器 ,2001 (12) :21223. 3 北 京 化 工 学 院 . 塑 料 成 型 机 械 M . 北 京 :中 国 轻 工 业 出 版社 ,1993 :2262273. 4 陈 万 林

23、 . 塑 料 模 具 设 计 与 制 作 教 程 M . 北 京 :北 京 希 望 电子 出 版 社 ,2000 :3322336. 5 欧 国 荣 ,倪 礼 忠 . 复 合 材 料 工 艺 与 设 备 M . 上 海 :华 东 化 工学 院 出 版 社 ,1991 :1132123.The St udy on Injection Molding of BMC Aut om obile La mp Reflect orCHEN Qi ng2t ao(Shanghai KOITO Automobile Lamp Co. , Ltd. , Shanghai 201821 , China)Abstr

24、act : The study of injection molding of bulk molding compo site (BMC) for automobile lamp reflectoris presented. BMC injection machine , accessory equipment s , mold , materials and processing conditionsare discussed.Key words :injection molding ; bulk molding compo site ; automobile lamp reflector21团 状 模 塑 料 (BMC)反 射 镜 注 射 成 型 技 术 的 研 究 上 海 塑 料 2010 年 第 2 期 (总 第 150 期 )