等．铸型离心铸造尼龙实用技术北京中国石油

　　铸型尼龙离心浇铸聚合成型工艺研究_能源/化工_工程科技_专业资料。铸型尼龙离心浇铸聚合成型工艺研究汉峰电力

　　丁程塑料应用 ２０００年，第２８卷，第９期 铸型尼龙离心浇铸聚合成型工艺研究 王运华 （中国兵器上业第五三研究所，济南２５００３１ 摘要研究了铸型尼龙材料台成、离心浇铸机设计、离心浇铸聚合成型工艺技术，着重探讨了离心浇铸聚合成型 温度、模具旋转速度与制品壁厚的关系，井确定了不同壁厚制品离心浇铸聚合成型工艺技术参数。 关键词铸型尼龙 离心浇铸聚合成型工艺 性能测试 铸型尼龙是一种单体浇铸聚合成型的尼龙６材 料，也是一种综合性能优良、应用范围较广的工程塑 料。它具有密度低、力学性能好、强度高、耐磨、自润 滑等优点，常用于制作高膛压炮弹的弹带、弹托、闭 气环等，以及在工业机械中代替金属制作各种轴套、 轴瓦、齿轮、涡轮、涡杆、辊筒、螺旋桨和滑块、活塞 环、密封垫圈等零部件…。根据各种机械零部件的 结构尺寸，可直接浇铸成型制品，离心铸造也可先浇铸成型毛 坯，再经机械加工制成制品。 铸型尼龙的成型除静态浇铸聚合成型外还有离 心浇铸聚合成型。离心浇铸聚合成型方法一般分为 水平式和立式两种，而离心旋转方式町以使模具向 一个方向旋转，也可以同时向两个方向旋转，应根据 制品的形状和结构尺寸大小来决定其成型方法和离 心旋转方式。一般情况下，如制品轴向尺寸较长时， 采用水平式离心旋转成型方法；如果制品轴向尺寸 小于制品的直径时，采用立式离心旋转成型方法为 宜。 １买验部分 １．１水平式离心浇铸聚合成型机的结构设计 铸型尼龙成型的主要设是离心浇铸聚合成型 机。针对铸型尼龙制品的应用特点和水平式离心旋 转浇铸成型的技术要求，在离心浇铸成型机的设计 过程中，应考虑整体结构的合理性、可行性和性能的 可靠性。其技术要求有：（１）电机功率，能够有效地 带动模具和物料按额定的速度旋转。（２）加热功率， 根据保温箱体积和热量扩散的速率，确保箱体的温 度能够在规定的时间尽快达到所需要的温度，并且 能够有效地自动控制．尽可能不要出现明火现象。 （３）模具旋转速度，在电机的带动下，确保模具能够 迅速地达到额定的旋转速度，并在额定的转速范围 内能够无级自由调节。 水平式万离方心数浇据铸聚合成型机的结构示意图见图 １． １一机厘；２一主传动系统；３＿加热保佩箱体； ４一旋转模具；５一支撑模具尾端；６一温度及转速控制系统 图ｌ水平式离心浇铸聚合成型机结构示意图 １．２工艺流程 铸型尼龙离心浇铸聚合成型工艺在树脂合成阶 段与静态浇铸聚合工艺相似，所不同的仅是在旋转 离心状态下聚合成型。 １．３离心浇铸聚合成型工艺 依据铸型尼龙聚合成型工艺特点，开展ｒ混合 料液树脂的合成工艺和离心浇铸聚合成型工艺的试 验研究。根据各种工艺参数对产品质量的影响程度 及相应匹配关系，结合实际成型产品的质量和性能 进行逐步调整，从而获得满足产品综合使用性能要 求的成型工艺参数，并通过严格控制工艺参数， 实现铸型尼龙材料的质量均匀一致性要求。 ２结果与讨论 ２．１离心浇铸聚合成型工艺参数 ２．１．１加料量 离心浇铸聚台成型管材，是把预制好的料液，通 过专用漏斗浇入无芯模的圆筒模具中聚合成型。在 模具结构尺寸一定的情况下，管材的外径由模具的 内径决定，而管材内径则取决于浇人模具中混合料 液的量。因此，在成型时应根据产品的尺寸，严格控 制混合料液的加入量。通过理论计算和试验研究， 得出式（１）经验公式： 收穑日期：２０００—０４．１７ 王运华：铸型尼龙离心浇铸聚合成型１．艺研究 形：丛芝磐 ４＾ （１） 和性能”１。如果模具旋转速度过低，混合料液无法 获得足够的离心力，不能制得理想的空心制品；如果 式中：∥——己内酰胺浇铸液的质量，ｇ； 模具旋转速度过高，物料垂直于模具壁的压力增加， Ｄ——管材的外径尺寸，ｃｍ； 使制品硬度偏高，韧性降低。因此，模具旋转速度不 ｄ——管材的内径尺寸，ｃｍ； 仅直接影响制品的聚合成型质量，而且与制品的性 ｆ——管材的长度，ｃｍ； 能也有很大的关系。试验表明，模具旋转速度可根 ｐ——管材的密度，∥ｃｄ； 据制品的尺寸及壁厚选择确定，·般模具的旋转速 Ｋ——聚台产率系数。 度为６００～ｌ ５００ ｒ／ＩＩｌｉｎ，不同壁厚制品的具体转速可 ２．１．２聚合成型温度 按式（２）经验公式计算确定： 离心浇铸聚合成型与静态浇铸聚合成型的工艺 有所不同。就聚合成型温度而苦，静态浇铸聚合成 。：—；塑 （２） Ｋ ０ Ｒ—ａ 型是把模具静止垂直放置在加热箱体内，而且芯模 式中：ｎ——模具转速，ｒ／１１１ｉｎ； 两端为开放式，在模具内形成了一个散热通道．模具 Ｒ——离心制品外半径，ｃｍ； 内的温度能够有效地扩散，所以管材的壁厚对聚合 ８——管材的壁厚，ｃｍ； 成型温度的影响不大。而离心浇铸聚合成型的模具 Ｋ——转速系数。 是两端封闭水平放置在加热箱体内，模具内的热量 ２．１ ４模具预热保温时间 扩散较为困难，加之聚合反应放热”ｊ，管材的壁厚对 模具的预热保温时间是指加热箱体内温度达到 聚台成型温度有较大的影响。在浇铸厚壁管材时， 所设定的温度直至混合料液注入模具的时间。如果 如果模具初始温度过高，再加上模具内的材料在聚 模具预热保温时间过短，模具内表面温度达不到所 合反应中所放出的热量，经过一段时间后模具内表 规定的温度要求，不仅制品聚合不完全，色泽变浅， 面温度会超过模具外表面温度．造成管材内壁过热， 而且制品表面出现大面积的白色斑点和严重起皮分 出现管材内外壁质量不一致的现象；在浇铸薄壁管 层现象．制品的性能降低。因此，应根据模具壁厚不 材时，如果聚合开始时模具温度过低，由于材料 同选择适当的模具预热保温时间。离心铸造一般模具壁厚在 少，所放出的热量也少，所以模具内的温度上升较 ５～７—ｍ时，要求在箱体内达到所设定的温度范围， 慢，达不到模具外表面温度，同样会造成管材内外壁 并保温３０～４０ ｍｉｎ以后开始注模为宜。 质量不一致。因此，随着管材厚度的减少需要升高 ２．１．５聚合成型保温时问 模具温度和入模混台料液的温度，才能使模具内外 聚合成型保温时间是混合料液注入模具后，使 壁的温度相同，从而获得理想的产品。 模具在所规定的转速下高速旋转并保温聚台成型的 试验结果表明，模具中聚合开始温度与管材内 时间。如果聚合成型保温时问过短，制品聚合不完 外径的比值（ｄ／Ｄ）存在着一定的关系。一般情况， 全，则不能获得理想的成型制品。因此，要根据注入 模具温度可按制件壁厚由图２所示的关系选择确 模具中混合料液量的多少，在所设定的转速和温度 定。 条件下，保持一定时间，使制品既能够完全聚合，又 帅 ｐ ＼ 越 跨蚰 能够获得理想的空心制品。一般注模物料为５～１０ ｋ时，要求保温聚合时间１０～２０血ｎ为宜。 ２．１．６制品的脱模温度及冷却条件 制品在达到所规定的保温聚合时间后停止加 热，将模具继续旋转１—２商ｎ后再停止，冷却至 加ｎ ４ ０ ５ ０ ６ ０ ７ ０ ８ Ｏ ９ １１０℃左右即可脱模．但脱模后的制品仍必须在 １１０℃左右的保温烘箱内进行冷却至５０℃以下取 图２模具温度与制件内外径比的关系 出。也可直接在原箱体中冷却至５０℃以下脱模取 ２．１．３模具转速 出。 模具万的方旋数转据速度是离心浇铸聚合成型制品的关 键工艺参数之一，直接影响着制品的聚合成型质量 ２．２离心浇铸聚合成型管材均匀性 由于离心浇铸聚合成型的铸型尼龙管材轴向尺 ｊ＝程塑料应用 ２０呻年，第２８卷．第９期 寸较长，为进一步考核管材的质量均匀一致性和离 心浇铸聚合成型机的作用可靠性，笔者采用同一根 管材，分别在两端和中间三个不同位置截取试样，进 行了主要力学性能的检测，其检测结果见表ｌ。 表１离心浇铸管材质量均匀性试验结果 项目 …’６［上 取样部位 由 Ｆ 弯曲强度／￣旺ｈ 压缩强度／ｈｌＰ且 球压痕硬度／胁 ＧＢ １０４２—７９ （；Ｂ１０４１—９２ ＧＢ ３３９８—８９ ９０ ７ １３７ １１８ ８９ ０ １３４ １１４ ９２ ９ １２５ １３２ 缺口冲击强度／ｌ（Ｊ·ｍ‘２ ＧＢｌ０４３—９３ ９７ １０】 １０ ４ 沣：表中所列数据为５个数据的平均值。 ２．３离心与静态浇铸聚合成型管材性能对比 为了考核离心浇铸聚合成型工艺的可行性以及 各种工艺参数对制品性能的影响，分别采用离心浇 铸工艺和静态浇铸工艺在同一时期浇铸成型管材， 同时加工检测试样，进行了物理力学性能的检测对 比试验，结果见表２。 表２浇铸材料性能对比试验结果 项目 密度／ｇ·删３ 吸水率／％ 线胀系数／Ｋ一 拉伸强度／ｈ心ｈ 拉伸弹性模量／ＧＰａ 断裂伸长率／％ 压缩强度／～‰ 弯曲强度／ｈ旧ａ 球压痕硬度／ＭＰａ 缺口冲击强度／Ｕ·ｍ＇２ 低温脆化温度／ｃｃ 试验方法 ＣＢｌ０３３—８６ ＧＢｌ０３４—８６ ＣＢｌ０３６—８９ （ｍ１０４０—９２ ＧＢｌ０４０—９２ ＣＢｌ０４０—９２ ＧＢｌ０４１—９２ ＣＢｌ０４２—７９ （ｍ ３３９８—８９ ＧＢｌ０４３—９３ Ｈ‘；４一｛ｊ４１ 离心 静态 ｌ １５８ １ １５５ ０ ３４ ０ ３８ ７ ５６×１０—５ ７ ４５×ｊ０一ｓ ８０．９ ８０ ４ ３ ３６ ３．３９ ２６ ９ ３２ ９ １２４ 】２３ ９７．６ ９３ ９ １２６ １２８ １１．２ ９８ —１８ —１４ 注：表中所列数据为５个数据的平均值。 ２，４讨论 分析离心浇铸聚合成型工艺参数的试验结果， 以及同一根离心浇铸成型管材的均匀一致性检测结 果和离心与静态浇铸聚合成型管材的力学性能检测 对比结果，可以看出，离心浇铸聚合成型工艺可行， 管材质量均匀一致性较好，满足设计要求。离心浇 铸与静态浇铸聚合成型的管材，由于原材料配方相 同、离心铸造树脂的合成工艺基本·致，仅聚合成型工艺方法 有差别，所以除了低温脆化性能和冲击韧性离心浇 铸优于静态浇铸外．其它物理力学性能基本相同。 也就是说，离心浇铸聚合成型管材在确保了静态浇 铸条件下成型管材基本力学性能的基础上．由于制 品内应力的减少，提高了材料的应用特性，不仅节约 了原材料，降低了成本，提高了管材的成型质量和成 品率，以及产品质量均匀性，而且改善了管材的特 性。 ３结论 （１）离心浇铸聚合成型工艺先进、简便易行，制 品的物理力学性能稳定，均匀一致性较好，与静态浇 铸聚合成型工艺相比制品的低温脆化性能和冲击韧 性有了较大改善，较好地解决了长期以来静态聚合 成型工艺无法浇铸薄壁管材的难题。 （２）离心浇铸聚合成型工艺与静态浇铸相比，可 大大提高产品质量，而且成型产品无缩孔现象发生， 根据产品要求，可直接成型接近产品尺寸要求的制 品，可节约原材料４８％以上，并且对尺寸精度要求 不高的产品，不需要任何机械加工，可商接成型产 品。 （３）离心浇铸机整体结构设计合理，使用性能可 靠，操作简便易行，采用同一种口径的模具即可直接 成型不同壁厚的管材产品，如果更换不同口径的摸 具，可直接成型０３２～∞ｏｏ ｍｍ的铸型尼龙管材产 品。 （４）离心浇铸由于可直接成型不同口径和不同 壁厚的轴向长度大的薄壁管材制品，与静态浇铸相 比。可大大提高生产效率。 参考文献 １千有槐，等．铸型尼龙实用技术北京：中国石油化工出版社， １９舛 ２钱知勉塑料性能应用手册：科学技术文献出版社， １９７９ ３中国科学院化学研究所．铸型尼龙．北京：科学出版杜１９７３ ｏＮ唧ｐ０ＩＪⅧＲ卫ｒＡＴ卫ＯＮ ｓｒｎＩＤＹ ＭＯＩ ＤＤ４Ｇ ７ＩＥＣ印，ｉ０ＬｏＧＹ ０Ｆ ＴＨＥ（卫ＮＩＲｌｎ ＪＧＡＬ Ｃ＾ＳＴＩＮＧ ＦｏＲ Ｃ＾ＳＩⅢＩｉＧ ＮⅥｏＮ Ｗ８ｎｇ Ｙ帅ｈ岫 （１【埘ｔｍｅ ５３ ０ｆｏ曲一ｓ（ｈｌＩｍ眦ｅＩＩｌｄｕ曲，ＪｉｌｌａＩｌ ２５∞３１） ＡＢｓＩ砒ｃＴ Ｔｋ ｐ８ｐ盯８山ｄｉ幅她８ｙ玎山ｅｓｉｓ ０ｆｔｌｌｅ ｃ越蜡ＮｙｌｏｎｍⅫａｌｓ，‰汹印０ｆ岫ｃ朗嘲ｌ酣ｃａｓｔ咄ｒ峨№ｅ越Ｉｄ妇ｐ０Ｉｙ— ｒｒ唧ｉ盟６叩ｒｒｄｔｌｉＩｌｇ ｔｅｃ｝ｌ肿１０９ｙ ０ｆ 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