Study on the Performance Verification of PMMA at Different Injection Temperature and Holding Time
During the injection molding process, different process parameters will have different effects on the performance of the parts. Using the method of controlled variables, production experiments were conducted on PMMA materials, and the tensile strength, tensile modulus, bending strength, bending modulus, impact strength, Vicat temperature, and heat deflection temperature of the parts were measured and statistically analyzed under different variables. The study and verification were conducted on the influence of different injection temperatures and holding times on the injection molding properties of PMMA. The results show that as the material temperature increases and the holding time increases, the impact performance, strength, and heat resistance of PMMA decrease to different degrees; based on the test results and standard requirements, it is recommended that the injection temperature of PMMA not exceed 260˚C.
Injection Molding
随着当今科学技术的发展,生产制造水平的提升,人们对于汽车外观品质及性能的追求不断提高,因此对于材料的性能要求也更为严苛。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料又称为有机玻璃,是常见的工程塑料之一。具有高机械强度,表面高光泽度
登朝魏等重点阐述了高性能的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)注塑成型产品在模具温度、料筒温度、注射压力、注射速度、螺杆选择及转速、背压等方面的成型工艺参数设置
通过以上研究,了解到注塑过程中的不同参数对不同材料制件性能的影响程度,但其中对PMMA材料注塑工艺参数的研究相对较少。本文从注塑温度及停留时间进行研究,从而验证其对PMMA材料注塑制件性能的影响,以提高制件性能。
从某供应商购入的PMMA塑料粒子。PMMA材料是一种无定形热塑性模塑料,具有高机械强度、高表面硬度和耐磨性,以及高透光率和良好的耐热性。广泛应用于光学及应用、透明板材原材料以及高硬度高透明的亚克力制作中。在汽车领域中,广泛应用于照明、光扩散、以及灯罩等方面。
设备名称 |
型号 |
生产厂家 |
注射成型机 |
海天 |
190T |
续表
简支梁冲击试验机 |
HIT5.5P |
Zwick |
万能材料试验机 |
Z010 |
Zwick |
热变形维卡软化点温度测定仪 |
HDT/V 3215 |
承德市金建检测仪器有限公司 |
由于PMMA具有一定的吸水性,并且少量的水分就会导致降解,为了避免注塑工艺引起的外观注塑缺陷,因此固化常用的注塑条件,故加工前将PMMA置于热风循环干燥箱中干燥4~8 h,温度为90℃。注塑机的注塑压力设定为65~85 MPa,螺杆转速设定为45 rpm。
如
停留时间/min |
2分钟停留 |
…… |
15分钟停留 |
||||
注塑温度/℃ |
第一模 |
第二模 |
机台动作 |
…… |
第一模 |
第二模 |
机台动作 |
230 |
X |
√ |
机台内原料排空 |
…… |
X |
√ |
机台内原料排空 |
240 |
X |
√ |
机台内原料排空 |
…… |
X |
√ |
机台内原料排空 |
250 |
X |
√ |
机台内原料排空 |
…… |
X |
√ |
机台内原料排空 |
260 |
X |
√ |
机台内原料排空 |
…… |
X |
√ |
机台内原料排空 |
270 |
产品水丝 |
||||||
275 |
X代表产品报废;√代表产品使用。
在拉伸性能方面,如
停留时间/min 注塑料温/℃ |
2 |
4 |
5 |
8 |
10 |
15 |
230 |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
240 |
○ |
○ |
○ |
○ |
△ |
△ |
250 |
△ |
△ |
△ |
△ |
√ |
√ |
260 |
√ |
√ |
√ |
√ |
√ |
√ |
270 |
√ |
√ |
√ |
√ |
√ |
√ |
275 |
√ |
√ |
√ |
√ |
√ |
√ |
○优秀 > 80 Mpa;△良好70~80 Mpa;√合格60~70 Mpa;×不合格 < 60 Mpa。
其中,注塑料温在小于等于250℃,停留时间小于8 min时,样件的拉伸性能优良,注塑料温大于250℃,停留时间大于8 min后,样件的拉伸性能只能达到合格,如
这是由于当注塑温度升高和停留时间加长,PMMA的熔体粘度降低,流动性增强,这可能导致在填充模具时更易于形成完整的制品。但如果注塑温度过高或停留时间过长,就会超出材料的热稳定性极限,导致分子链的过早降解或交联,从而影响材料的拉伸性能。
在冲击性能方面,如
停留时间/min 注塑温度/℃ |
2 |
4 |
5 |
8 |
10 |
15 |
230 |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
240 |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
250 |
○ |
○ |
△ |
△ |
△ |
△ |
260 |
△ |
△ |
△ |
△ |
△ |
△ |
270 |
△ |
△ |
△ |
△ |
△ |
△ |
275 |
△ |
△ |
△ |
△ |
△ |
√ |
○优秀 > 20 kj/cm2;△良好18~20 kj/cm2;√合格15~18 kj/cm2;×不合格 < 15 kj/cm2。
其中,注塑料温在小于等于275℃,停留时间小于等于10 min时,样件的冲击性能优良,如
这是由于注塑料温过高或停留时间过长会导致材料降解,产生自由基,这些自由基会破坏PMMA分子链,减少材料的分子量和分之间的相互作用力,从而降低材料的冲击性能。高温还会加速PMMA的氧化过程,尤其是在空气中注塑时,氧气会与热降解产物反应,进一步恶化材料的冲击性能。
在维卡温度方面,如
其中,注塑料温在小于等于260℃时,样件的维卡温度处于合格状态,当注塑料温大于270℃后,样件的维卡温度不合格,如
停留时间/min 注塑温度/℃ |
2 |
4 |
5 |
8 |
10 |
15 |
230 |
√ |
√ |
√ |
√ |
√ |
√ |
240 |
√ |
√ |
√ |
√ |
√ |
√ |
250 |
√ |
√ |
√ |
√ |
√ |
√ |
260 |
√ |
√ |
√ |
√ |
√ |
√ |
270 |
× |
× |
× |
× |
× |
× |
275 |
× |
× |
× |
× |
× |
× |
√合格 > 100℃;×不合格 < 100℃。
这是由于温度过高导致PMMA分子链过早降解,从而降低材料的分子量和分子间作用力。分子量的降低意味着材料的热稳定性下降,因此在维卡软化温度测试中,材料更容易发生软化和变形,从而导致维卡温度的降低。
本文采用控制变量法研究了注塑料温和停留时间对材料拉伸性能、冲击性能和维卡温度之间的影响,根据以上三组实验数据得出的结果与分析,我们可以得出以下结论:
1) 随着料温的升高,停留时间的加长,PMMA材料会发生降解,从而导致样条的冲击性能、拉伸强度、耐热均有不同程度的下降;
2) 在实际生产中,结合测试结果和标准要求,为了保持PMMA样条具有良好拉伸性、冲击性及维卡温度,建议PMMA注塑料温不要超过260℃。