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高耐热PLA成型技术开发与应用汽车贴膜润滑设备蝶型螺母信封印刷微型轴承Frc

发布时间:2023-11-30 06:04:29 阅读: 来源:滚筒厂家

高耐热PLA成型技术开发与应用

PLA发展历程及现状

PLA(聚乳酸)材料最早是在1932年杜邦公司Carothers在真空情况下加热乳酸,生成了低分子的聚乳酸。到了上世纪七十年代,研究者开始合成高分子量并具有旋光性的PLA。优异的生物兼容性和生物分解性使PLA的研制与开发受到越来越多1.首先顺次拔掉或关掉液压万能实验机的液压源——工控机——计算机——显示器——打印机等的电源引线;的重视,直到1987年,Cargill公司和Dow chemical公司在PLA开发方面有了突破性的发展,他们使用玉米为原料,将聚乳酸生产从试验厂进展到工业化,并于2001年成立NatureWorks,实现PLA的产业化生产。

在原料方面,NatureWorks是目前全球最大的聚乳酸生产商,年产能达14万吨。帝人化学在2008年从丰田接收1000吨的聚乳酸工厂后,预计在2010年产能可达1200吨。格拉特(Galatic)与道达尔(Total)石化合资成立Futerro公司,计划建立年产量1.5万吨聚乳酸工厂。瑞士伍德与德国BioPlastics合资成立Pyramid Technology公司,计划在德国兴建年产6万吨的聚乳酸厂。Purac、Sulzer与Synbra公司计划在欧洲兴建年产量5万吨的聚乳酸工厂。浙江海正计划将聚乳酸产量从5千吨扩大至万吨。

如果这些计划中的产能能够顺利开出,估计2012年全球PLA产量可达26万吨以上。

在成型应用方面,富强鑫(FCS)集团于2008年逐步、缓慢的像锤柄的尾端施加载荷开始投入PLA成型应用技术的研发,并先后与SABIC台湾分公司以及PLA改性原料商合作,目前已成功开发出高耐热的PLA成型技术(系统),在民生用品上已有良好的应用与销售实绩,如PLA餐具、PLA马克杯等。

富强鑫公司提供“PLA专用成型系统”的整厂服务概念,研发并整合射出机、模具、周边辅助系统(如急冷急热、饥饿喂料装置、机械手取出设备等),让代工业者或是产品设计端可以获得一个实现PLA产品量产的解决方案,未来更将着重于各种消费型产品的大量生产应用,使PLA制品的整体生产成本降低,并逐渐取代某些塑料制品,落实环境保护的使命。

图1为富强鑫开发成功的上半年高耐热PLA航空杯,耐热温度达105℃,现已由客户进行量产并于“2010台北国际花卉博览会”中展售。

图1 台湾花博所展售之PLA杯子(富强鑫公司整合开发)

PLA技术与制程简介

PLA物性简介与制程要点

PLA材料物性如表1所示。此外,纯PLA具有结晶速度慢、成品收缩率高,尺寸稳定性差,本质易脆、加工稳定性差、耐久性差以及热变形温度低等特点,因此PLA制程大受限制。目前皆以添加复合物的方式改善这些性质,因而有许多PLA改性料问世。表1 PLA(聚乳酸)材料物性表

PLA射出成型加工要点主要为成型的温度控制(料温、射嘴温度、模具温度)、压力(射出压力、模内压力)和对应的各种作用时间(射出时间、保压时间、冷却时间)以及会影响塑料温度、压力变化的加工因素如螺杆转速、加料量及料管内停留时间等因素都不可忽视。

料温

料管温度要设定在PLA的熔点以上,一般在180~200℃。由于PLA对温度比较敏感,高温以及较长停留于料管时间容易导致PLA产生降解。所以在温度设定时要均衡温度与停留时间的关系,还要考虑成品和模具的结构特点,可以经过多次的调整试验确定最佳值。

铝合金窗

为了保证喂料顺畅,喂料段温度一般尽可能设定较低温度,尤其对于非结晶化处理的PLA材料。螺杆转速不能太高,否则局部剪切生热过多也容易造成PLA的降解。

模具温度

模具温度直接决定PLA熔胶的冷却速度,而且影响PLA熔胶的充填行为,也影响PLA成品的性能。因此设定温度时要保证射出时质量完整、脱模不变形,还要综合考虑模温对PLA结晶、分子取向、成品应力和各种力学性能的影响。

例如为了提高添加了成核剂的PLA材料成品的结晶度,往往升高模温至105~115℃并停留一段时间。但模温升高同时导致成品的翘曲度、收缩率增大以及成型周期的延长,可以通过对材料组分调整等技术进行改善。

射出周期和射出速度

成型周期中以冷却时间和射出时间最为重要,对成品的性能和质量有决定性的影响。

仅从时间来看,一般成品射出时间都很短,约少于1秒;保压时间为2~5s;冷却时间以控制成品脱模时不翘曲,脱模顺利为原则,并符合PLA熔胶再结晶化的时间需求,一般为40~120s,依照成型品的大小而做不同的时间选择。

要提高热变形温度,必须提升Tg(玻璃化温度),最简单的方法就是使PLA塑料的再结晶程度变得更高。一般来说,提高模温并增加冷却时间(延长成型周期)可使PLA结晶度提升,而结晶化程度越高,耐热效果也越好。

此论证已在相关的基础研究中得到证实,图2(A)表示当PLA原料处于长时间的退火处理时(类似于高模温+长时间冷却的应用),材料的再结晶程度也随之越高。而图2(B)则表示,较长的退火时间将有助于热变形温度的增加(耐热效果),图中的退火时间持续达60 min时,材料的热变形温度可提升到95℃。

图2 退火时间对热变型温度之影响

不过,我们无法接受长达数十分钟的成型周期,但又想获得PLA高结晶化程度所带来的高耐热效滚针果,以金华提升PLA制品的巿场应用性。近年来已有不少原料商积极投入PLA材料的改性与技术应用的研究。表2 饥饿成型(HF)系列主要规格(※HF-III型控制箱重量9.1kg)

FCS-PLA专用成型系统整合与应用

成型与接口设备介绍

1. FCS-射出成型机

根据PLA射出成型需求,富强鑫的标准机型HT、HN系列即可进行射出成型,此机种特点如下:

(1) 静音汽缸搭配新式机架设计,使高速开关模动作平稳且无噪音。

(2) 采用无给油轴承,减少润滑油使用,提升机台洁净度。

(3) 加大导柱内距与开模行程,适用性更广。

(4) 采用FCS-2100电控,可搭配高速比例阀之半回路油压系统,有效提升机械稳定性。

(5) 可依照成品需求提供不同料管组的搭配,提供客制化的配备。

2. 饥饿成型系统

因应成型质量的问题,富强鑫提出将传统式的饱食成型法(即原料堆满入料口)改变为饥饿成型法(如图3),主要是因为此系统可以达到定量供料,避免塑料随重力落下,造成塑料停留预热时间过长。

图3 饱食与饥饿成型法示意图

该系统为日本NIHON YUKI开发成功之产品,并经由与富强鑫的合作,整合成型设备与模具端并扩大其应用。

目前针对不同尺寸的射出成型机,包括三种规格的定量喂料系统。此系统可以有效减少PLA材料在加料段预热时间,避免材料降解引起的成品不良问题。

此系统并不只应用于PLA成型问题解决,也常应用于光学件或者是厚件的成型来改善质量问题,如表面化纹、银线,计量不稳定等现象。相关成型问题实际案例解决与改善效果如表3所示。表3 成型问题改善实际案例表(※此成型问题改善实际案例表由日本NIHON YUKI所提供)。

成型技术应用实例-高耐热PLA成型技术开发

富强鑫公司不仅针对射出成型设备进行开发,在成型技术方面也与台湾相关PLA改性厂商合作,以民生餐具作为开发应用的巿场,并依成品质量问题提出模具与成型条件改善对策,作为开发PLA材料模具之重要设计参考。

图4 厂商提供刀叉汤匙三合一恒温设备模具

图4为刀、叉、汤匙三合一之餐具模具。并以FCS AF-100油电射出机进行成型研究,该射出成型机规格如表4所示。表4 FCS AF-100机台主要规格表

在模具进行T1试模时,采用高模温设定(80℃~85℃),提高成品的再结晶温度,以取得较佳的成型品质量,但成型时发现在高模温时,容易产生保压不足的情况,且该模具顶出位置设计不良,模温太高,顶出时产生黏模及成品破坏的状况所示。

由于该模具顶出设计问题,进行T2试模时降低模温(~60℃),实际射出成型后发现低模温时,成品经过适当冷却后,硬度明显提升,整体生产状况优于T1,由于PLA再结晶温度影响成品之热变形,故针对T1及T2成品进行热变形强度的测试。使用热水(~98℃),将两成品同时进行浸泡约2分钟,取出后以人工弯折发现,再结晶温度太低,产品热变形以及强度明显减弱。

据本次测试结果,我们已掌握关键PLA原料成型特性与主要成型条件要求。针对该客户模具提出流道系统与模穴位置,乃至顶出设计均有缺陷,并提出相关模具设计变更要点回馈客户,建议修改;模具温度明显影响成品强度,这是由于PLA原料在冷却阶段要求较高的模温来完成“再结晶”,但高模温不利脱模顶出且成型周期增加,故富强鑫已整合“急冷急热”或“表面加热”技术来克服这一问题。(end)

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