经典的聚酯化学原理和生产

欢迎语…聚酯化学原理和生产聚酯的基本成份聚酯是由特定的二元酸和二元醇按1:1的比例聚合而成的二元酸在酸分子两端都有活泼的基团–活泼的基团在下图表现为方块两端的挂钩二元醇同样在醇分子两端都有活泼的基团–活泼的基团表现为挂钩醇酸用于生产聚酯的二元酸和二元醇二元酸:对苯二甲酸(TPA)异酞酸(IPA)脂肪酸酸醇二元醇:乙二醇(EG)环己二醇(CHDM)二甘醇(DEG)丁二醇(用于生产PBT)新戊二醇(NPG)合成聚合物副产品双箭头表示当条件合适的情况下,反应是可逆的+水+酸醇单体二元酸+乙二醇聚酯+水聚合过程单体单元在每个分子的两端同样具有活泼的基团单体单体单体单体当单体单元形成后,它们可以聚合在一起,形成较长的分子链.这就是聚合过程PET结构和组成聚合物分子(折叠链结构)PET颗粒TPAEGTPATPAEGTPAEG聚合物链段片段在Eastman在Eastman通常使用的二元酸和二元醇包括:TPA–TerephthalicAcid对苯二甲酸IPA–IsophthalicAcid异酞酸EG–EthyleneGlycol乙二醇CHDM–Cyclohexanedimethanol环己二醇聚酯化学和生产:第一部分聚酯的基本组成均聚物和共聚物商业化牌号PET与共聚聚酯的差别均聚物和共聚物•均聚和共聚是用于描述聚合物组分的术语•均聚物成份比较简单,所以生产时的成本也较低•共聚物成份比较复杂,所以生产时的成本也较高一些情况下,只有共聚物能满足客户的特殊要求共聚物定义:共聚聚酯是由下面的方法合成而得的1种酸+2种醇=“醇改性”共聚聚酯或者2种酸+1种醇=“酸改性”共聚聚酯Eastman产品命名和分子结构PETG:醇改性聚对苯二甲酸乙二醇酯或:1,4环己烷二甲醇，对苯二甲酸，乙二醇共聚物PCTA:酸改性聚对苯二甲酸环己二醇酯PCTG:醇改性异酞酸环己二醇酯OCCOOH2CCH2OmOCCOOH2CCH2OnCOOCH2CH2OOCOCCOOH2CCH2OmnCOOCH2CH2OOCOH2CCH2Ompn原料密度原料密度:PET:1.3349-1.4550共聚聚酯:1.1903-1.2897原料密度原料密度:PET:1.3349-1.4550共聚聚酯:1.1903-1.2897伊士曼共聚聚酯零件及模具设计要点伊士曼特种塑料在进行零件及模具设计时，如果能考虑到伊士曼特种塑料的特性，将对保证成型质量及体现伊士曼特种塑料的优点至关重要。内容零件工艺性设计要点模具设计要点热流道模具设计要点厚壁零件的模具设计要点零件工艺性设计要点合理的流动长度应力集中因素转角/筋/螺钉柱脱模斜度纹理图案及强制脱模合理的流动长度---一般流动性材料FlowLengthvsThickness-RegularFlowMaterials9921,GN007,DN004,DS1000,DS2000,AN004,BR003,K300002004006008001000120014001600180000.511.522.533.54Thickness,mmFlowLength,mmAggressiveModerateMildMoldingConditionsBarrelTemperatureRange:245to290CInjectionPressure(Gauge):5to12MpaInjectionSpeed:30to90mm/s合理的流动长度---高流动性材料FlowLengthvsThickness-HighFlowMaterialsEN058,5011,DS1900,AN011,MN63002004006008001000120014001600180000.511.522.533.54Thickness,mmFlowLength,mmAggressiveModerateMildMoldingConditionsBarrelTemperatureRange:245to290CInjectionPressure(Gauge):5to12MpaInjectionSpeed:30to90mm/s应力集中因素导致应力集中的设计因素主要有：转角、加强筋、角板和支柱、壁厚突变、表面粗糙、螺钉柱和孔或槽等。图1应力集中系数内转角应力集中系数会随半径递减而迅速增加R/T筋、柱、转角、孔和槽等的设计通常情况下建议筋、柱和转角等根部的半径R为壁厚T的1/8到1/4，且半径不小于0.4毫米，合适的圆角以防止应力集中或缩水。此外，柱孔的长度和直径之比应为5：1或更小，还应在柱顶部留出引入槽区域，使该区域的应力在装配螺钉或嵌入件时保持在一个较低的水平。脱模斜度通常单边脱模斜度取1°，某些结构根据需要可低到0.5°，但脱模斜度不能为0度。在深腔部位如果存在真空，高度抛光的表面反而可能会阻碍脱模。如果没有真空，则抛光好的表面的脱模效果一般都比较好。纹理图案及强制脱模强制脱模的纹理图案，其深度最大不要超过0.25mm；并且纹理图案的深度每增加0.025mm，其脱模斜度需相应增加1-1.5°。如果纹理图案深度设计过深，可能在纹理图案处出现困气或流纹。一些小米粒状或线状的陷槽或凸台，可以采用强制脱模，对于圆形零件，强制脱模的高度不要超过圆形直径的2.5-3%。设计强制脱模的结构时，应确保零件在顶出时该部分结构可以弯曲或膨胀，以防止损伤该结构。模具设计要点收缩率冷却主流道分流道浇口排气收缩率Eastar和DuraStar聚合物：0.002-0.006,通常取0.0035。EastalloyDA系列聚合物：0.005-0.007。EastarPET聚合物：0.002-0.005。冷却冷却不到位可能导致以下后果：循环时间增加。零件冷却不均匀或零件之间冷却不均匀。残余应力太高。变形程度加大。脱模过程中出现粘模和脱模困难。但冷却不到位时，注塑伊士曼聚合物最常见的问题是脱模过程中出现粘模和脱模困难。模具中的散热过程1324PlasticPartMoldSteelCoolingChannel1.ConductionThroughPlastics(slow)3.ConductionThroughSteel(fast)2.TransfertoMold(fast?)4.TransfertoCoolant(fast)5.RemovalofCoolant(fast)对于薄壁零件，主要是过程3、4和5影响冷却时间；对于厚壁零件，主要是过程1影响冷却时间。冷却---模具温度伊士曼聚合物要求的模具温度：Eastar和DuraStar聚合物：15到40℃。EastalloyDA系列聚合物：15到50℃。EastarPET聚合物：15到25℃。00.10.20.30.40.50.60.70.80.91405060708090Temperature(癈)MaximumStaticCoefficientofFrictionPCTGPETGPCTAPET估计：注塑周期=最大壁厚（mm）*6.5+13秒冷却---冷却回路的布置高效率的冷却系统比冻水机更重要该图为大零件的建议冷却回路的布置。冷却---型芯冷却使用伊士曼聚合物时，合理冷却型芯至关重要：循环时间减少。防止粘附型芯型芯冷却有很多方法可供选择，主要有：挡板喷管传导冷却螺旋冷却槽冷却---挡板冷却冷却---喷管冷却OUTINConduction冷却---传导冷却0204060801001201401601802000246810121416182022CoolingTime(sec.)Temperature(°C)420SSH13AL7075-16BeCuAmpco940C81500MeltTemp.300°C(572°F)WaterTemp.16°C(60°F)EffectofCorePinMaterial螺旋冷却槽螺旋冷却槽是排除长芯棒热量的有效方法。图一是一种双螺旋冷却槽设计，水绕着芯棒向上流，然后再流回来。图二是一种单螺旋冷却槽设计，水从芯棒中间的孔向上流，然后再沿着螺旋冷却槽流下来。这种单螺旋冷却槽设计可确保型芯的顶端及周边均匀而快速的冷却。冷却---主流道冷却（一）主流道两侧必须有足够的冷却水道。主流道衬套装配时应稍微留有压配(或过盈配合)以确保热量从衬套到模具板顺利进行传输。冷却---主流道冷却（二）对于三板模，由于流道板和浇口套之间是滑动配合，此时，建议设计锥度配合以确保流道板和浇口套之间的紧密接触。冷却---主流道冷却（四）高传导性的主流道衬套。这种衬套由高传导性的铜合金制成，它含有硬化的不锈钢喷嘴座以隔离喷嘴热量同时也使它坚固耐磨，这在减小主流道粘附、增加主流道刚度以便取出、并缩短循环时间方面很有效。主流道使用伊士曼聚合物进行注塑,模具的主流道设计很重要，这是因为：聚酯材料变热时易于粘住模具。主流道一般是模具中最热的部位，同时也是最不易冷却的部位之一。分流道（一）流道系统的设计在于取得平稳而且充分均衡的流动。大圆角过渡可以减少材料堵塞并减少剪切力。冷料井对于在流体前端收集冷料很有帮助。分流道（二）----均衡流动----尺寸控制的均衡流动问题当浇口较小时，可能出现滞流。特别对伊士曼共聚聚酯材料，由于模温低，更应小心。分流道（三）分流道（四）一般而言，如果零件超过2kg，建议采用13毫米直径的冷流道；如果零件在1.8kg以内，流道系统相对较短[25至125毫米]，则建议直径应在7毫米至10毫米之间。浇口浇口设计与其它大多数塑料相似。太小的浇口可能引起浇口纹或蛇纹。浇口处应采用圆角过渡，可减小浇口纹、、应力纹等缺陷。点浇口建议一般用于小零件（尺寸小于50毫米的零件），浇口直径一般取0.9至1.3毫米。如果大零件必须用点浇口，则建议多点进胶。浇口—浇口位置（一）通常应避免在薄壁部位设置浇口。否则会引起：材料高剪力，可能引起降解。成型过程中注射压力更大。在填充厚壁部位时变得困难。浇口—浇口位置（二）应避免在薄壁部位的附近设置浇口。否则可能引起滞流。浇口—浇口位置（三）应避免产生滞流。浇口---直浇口通常用于单腔较大且浇口痕迹不影响外观的产品浇口---侧浇口浇口---有护耳的侧浇口•减少零件瑕疵问题。•必须剪掉护耳。•护耳的厚度＝零件厚度浇口---点浇口点浇口建议一般只用于小零件（尺寸小于50毫米的零件），浇口直径一般取0.9至1.3毫米。点浇口锥度建议大于10度,以防止点浇口粘在模具内。如果大零件用点浇口，建议多点进胶。并建议在点浇口附近区域的壁厚适当加厚。以防止在注料流动过程中浇口区域出现高剪切率的现象。浇口---潜浇口一般而言，典型的潜浇口设计指南都适用于伊士曼聚合物。在图20中，我们建议潜浇口最大的长度为50毫米（2英寸），角度为45至60度。浇口脊面最大为1.5毫米（0.060英寸）。潜浇口应有5至20度的斜度以便于脱模。浇口---弧形浇口不推荐用于共聚聚酯材料的模具浇口---外环形浇口如果浇口尺寸适当，可形成单一流向，无熔接线。否则，可能出现滞流或捷径。工艺窗口小。浇口---边缘浇口类似外环形和扇形浇口。如果浇口尺寸适当，可形成单一流向，无熔接线。否则，可能出现滞流或捷径。工艺窗口小。排气排气结构设计与其它大多数塑料相似。排气槽的表面应适当抛光，以使其有自清洁功能。在冷流道模具中，应设计更全面的排气槽。热流道一般而言，聚合物原料比一些日用树脂对剪力和热量更加敏感。因此，设计时应避免突然转角、浇口过小以及其它高剪力区域，在分叉或浇口区域也不应出现阻塞的情况。在冷、热区域之间，设计良好的隔热是非常重要的。点浇口直径一般在1mm以上。热流道---加热管式热嘴伊士曼材料较成功地采用加热管式热嘴。在浇口处进行最佳热量控制以及良好的冷却对于聚合物原料的注塑很关键。热流道---阀门浇口推荐采用阀门浇口系统。它能保证良好的浇口外形（大浇口也是如此）。在非阀门型浇口的系统中，浇口尺寸通常很小以减小浇口残余。最终可能是增大材料在浇口区域的剪力，并增加了该零件进行填料所需的压力。厚壁零件的模具设计要点气泡和缩水烧焦气泡也可能缺胶如何避免气泡和缩水•对厚壁零件应设计更全面的排气槽。•