一种PPR带金属嵌件管件注塑成型的方法与流程

一种ppr带金属嵌件管件注塑成型的方法
技术领域
1.本发明属于模具注塑成型技术领域，特别是涉及一种ppr带金属嵌件管件注塑成型的方法。


背景技术：

2.目前ppr带金属嵌件管件的制备仍存在较多问题。首先聚丙烯是一种结晶材料，需要克服的其中一个缺点就是成型收缩率大，容易产生体积收缩，其次金属嵌件与塑料热膨胀系数不同容易产生的收缩应力，而且嵌件一般都带有尖角或锐边，非常容易造成应力集中，从而导致塑料因应力变形收缩。
3.在目前注塑成型中，由于熔体在冷却过程中不断收缩，当收缩集中到注塑件最后凝固的位置，又得不到后续熔体的补充时，就会形成内部缩孔问题，从而导致ppr带金属嵌件管件发生低压渗漏，使嵌件无法紧密结合，达不到密封效果。而缩孔主要由两个方面的原因引起：一是因金属与塑料热膨胀系数差异大，导致结合面(塑料表面)与塑料芯层冷却速度差异大，导致内外层结晶不同引起的内部缩孔缺陷；二是由于金属嵌件结构复杂，导致注塑时容易在结合处裹入气体无法排出形成气泡，从而形成缩孔空间。
4.目前的内部缩孔问题对于管件承压能力产生了较大影响，严重影响了产品质量，而且内部缩孔缺陷不易检测，如使用带有此缺陷的管材管件，便对管道系统产生安全隐患。


技术实现要素：

5.本发明提出一种ppr带金属嵌件管件注塑成型的方法，本发明通过结合产品结构优化加工工艺和改进注塑方式、调整进胶位置等着手，克服收缩不均问题和减少管件内外冷却速率的差异，解决内部缩孔问题，研发出结构完善、尺寸稳定、力学性能优良、承压能力强、使用寿命长的ppr带金属嵌件管件。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种ppr带金属嵌件管件注塑成型的方法，包括成型模具，所述成型模具的浇口设置在型腔的注入位，该注入位与型腔内用于放置金属嵌件的位置的底部对应，且模具在流道的末端、型腔的熔接线位置处、及型腔的注入位的相对侧均设有排气槽，排气槽与型腔及流道连通；
8.通过所述成型模具进行注塑成型包括以下步骤：
9.s1、将成型模具安装于注塑机上；
10.s2、清洁成型模具的排气槽；
11.s3、将模温机通过水管与成型模具的循环水路连接，通过模温机控制成型模具的循环水路内的温度为30-40℃；
12.s4、对注塑机的料筒进行加热，并将ppr原料加入料筒内进行熔胶储料，ppr原料被加热熔化为流体熔体，控制熔体温度为180-210℃，储料背压为8～16bar；
13.s5、将金属嵌件放置在烘箱中加热，待金属嵌件温度达到80-90℃后取出并放入成
型模具的型芯中固定，开始合模；
14.s6、合模完成后，此时型芯及金属嵌件置于型腔中，然后将s4中得到的熔体通过注塑机的射嘴注射填充到成型模具的流道内，最后通过流道流入到型腔内，其中注射压力控制在65-75bar，注射时间控制在6～10s；
15.s7、注射填充完成后，进行保压，保压压力为50-70bar，保压时间为25-35s；
16.s8、保压结束后，对成型模具的型腔进行冷却，冷却时间为70-90s，冷却完成后，开模，得到ppr带金属嵌件管件。
17.本发明针对ppr带金属嵌件管件的缩孔问题，一方面通过在ppr带金属嵌件管件的成型模具上设置合理的浇口位置，并对应设有多个合理的排气槽进行排气，同时调节好模温以及对注塑工艺过程中的熔体温度、储料背压、注射时间、保压压力、保压时间等进行优化，确保ppr带金属嵌件管件在成型过程中获得最佳充模以及保压补料过程顺利完成；另一方面通过提前加热金属嵌件到一定温度，以及控制模具运水一出一进，确保成型产品的内外表面冷却均匀，有效减少了ppr带金属嵌件管件缩孔的产生。
18.进一步，所述成型模具的浇口尺寸为φ5-φ10、料头小径尺寸为φ6-φ10、料头大径尺寸为φ12-φ16、主流道尺寸为φ10-φ14、分流道尺寸为φ8-φ12。
19.优选地，所述成型模具的浇口尺寸为φ6、料头小径尺寸为φ8、料头大径尺寸为φ14、主流道尺寸为φ12、分流道尺寸为φ10。
20.进一步，所述注塑机的射嘴直径为6mm。
21.流道、浇口尺寸小的模具、及射嘴小的注塑机注塑得到的管件内部缩孔情况较为明显，而适当增大流道、浇口、射嘴尺寸得到的管件内部缩孔明显减少。这是因为流道、浇口尺寸太小，浇口处材料过早冻结，封凝快，无法完成保压补料过程，使管件填充不足，出现缩孔；而适当扩大流道和浇口尺寸，充填速度加快，加大压力传递，使熔体流动无阻，能保持足够长的时间让后续熔体进入型腔进行收缩补偿，因而能够有效避免ppr带金属嵌件管件内部缩孔问题。同时适当增大射嘴尺寸能更平稳地进胶，保证充填速度以及压力传递的稳定。但过大的流道会使水口废料增加，导致成本增加，而过大的浇口会使后续切断困难，容易出现切不断或者切不平有扯皮现象，最后过大的射嘴会导致注塑中容易塑化不良和漏胶等问题。所以本发明中要求注塑机台上射嘴直径≥5mm，优选为6mm，浇口尺寸大小为φ5-φ10，优选为φ6，此外，料头小径尺寸大小为φ6-φ10，优选为φ8；料头大径尺寸大小为φ11-φ16，优选为φ14；主流道尺寸大小为φ10-φ14，优选为φ12；分流道尺寸大小为φ8-φ12，优选为φ10。通过上述对流道、浇口、射嘴尺寸的参数改进，可进一步有效避免ppr带金属嵌件管件内部缩孔问题。
22.进一步，步骤s3中，模温机控制成型模具的循环水路内的温度为35℃。
23.在塑料注射成型时，考虑到模温太高会导致生产周期长，效率低，而模具温度太低，浇口封闭时间的短，进而影响熔体在保压过程进入型腔的补料量。为此需要通过模温机控制成型模具的循环管路内液体的温度为30-40℃，优选为35℃，且冷却水路需一进一出，不可循环，保证每个型芯温度基本一致，从而确保冷却效果，该种设置有效改善嵌件-塑料结合面与塑料芯层的冷却速度差异，减少缩孔缺陷。
24.进一步，步骤s4中，熔体温度为200℃，储料背压为12bar。
25.熔体温度对缩孔影响较大，这是因为料温越高本身收缩就越厉害，但料温太低容
易浇口固化补料不足，所以控制熔体温度为180-210℃，优选为200℃。上述温度设置可保证熔体进行有效的补缩，及使熔体到达型腔成型时能保留足够的温度，减少塑料件成型时的内外表面温差，使其收缩均匀，有效改善结晶不完全的现象，减少缩孔的产生。
26.其中，在步骤s4中，料筒内的每段温度以10℃递增，直至用测温计测出熔体温度为200℃左右时停止增温并保持。
27.进一步，步骤s5中，待金属嵌件温度达到85℃后取出并放入模具的型芯中固定。
28.塑料注射成型时，将金属嵌件尽量预热到接近物料填充固化时的温度，可减少由于金属与塑料热膨胀系数不同而产生的收缩应力，但考虑到人工放置嵌件情况，一般将嵌件温度加热到80-90℃，优选为85℃，该种设置可有效改善嵌件-塑料结合面与塑料芯层的冷却速度差异，减少缩孔缺陷。
29.进一步，步骤s6中，注射压力为70bar，注射时间为8s。
30.进一步，步骤s7中，保压压力为60bar，保压时间为30s。
31.进一步，步骤s8中，冷却时间为80s。
32.ppr带金属嵌件管件注塑成型过程中的熔体温度、注射时间、周期时间、保压压力、保压时间、熔胶背压等加工工艺对ppr的结晶行为有直接影响，通过正交实验研究分析发现，各个因素的影响大小依次为：熔体温度＞保压压力＞保压时间≈注射时间。虽然通过工艺参数调节仍无法百分百保证管件产品内部不产生缩孔，但目前相对较好的工艺参数为：熔体温度200℃、注射时间8s、保压时间30s、保压压力60bar、熔胶背压12bar、周期时间120s(一般由注射、保压及冷却时间组成一个周期)。其中，熔体温度对缩孔影响较大，这是因为料温越高本身收缩就越厉害，但料温太低容易浇口固化补料不足。其次保压压力及时间直接影响熔体在保压过程进入型腔的补料量，在一定范围内越高效果越好，但超过一定压力和时间会导致应力过大，塑料后收缩严重。因此本发明设置的上述参数是保证熔料能顺利进行补料，而又能减少成型过程中产生缩孔问题的较优方案。
33.本发明的有益效果为：
34.1)通过在成型模具上设置适合的浇口位置，便于压力传递和补料充填，避免出现流动路径不对称；且增设相应的排气槽，使熔体裹入的气体快速排出，利于嵌件与塑料结合处的排气及充模补料，使管件的内部缩孔不稳定可明显改善；
35.2)在ppr带金属嵌件管件注塑成型过程中，通过对熔体温度、保压过程中压力、速度和时间，及注射和冷却时间的控制，并且在注塑前预热金属嵌件和保持模温，开发了针对ppr带金属嵌件管件生产的新工艺，确保ppr带金属嵌件管件在成型过程中获得最佳充模以及保压补料过程顺利完成，进一步改善了注塑管件产生缩孔的问题，在实际生产过程中，使用该方法后，管件产生缩孔的概率下降70％以上。
附图说明
36.图1是本发明的流程示意图。
37.图2是成型模具的流道及排气槽的位置示意图。
38.图3是料头示意图。
39.图中：浇口1、型腔2、金属嵌件3、排气槽4、料头小径5、料头大径6、主流道7、分流道8。
具体实施方式
40.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
41.实施例1：
42.如图1-图3所示，一种ppr带金属嵌件管件注塑成型的方法，包括成型模具，所述成型模具的浇口1设置在型腔2的注入位，该注入位与型腔2内用于放置金属嵌件3的位置的底部对应，且模具在流道的末端、型腔2的熔接线位置处、及型腔2的注入位的相对侧均设有排气槽4，排气槽4与型腔2及流道连通；
43.通过所述成型模具进行注塑成型包括以下步骤：
44.s1、将成型模具安装于注塑机上；
45.s2、清洁成型模具的排气槽4；
46.s3、将模温机通过水管与成型模具的循环水路连接，通过模温机控制成型模具的循环水路内的温度为30-40℃；
47.s4、对注塑机的料筒进行加热，并将ppr原料加入料筒内进行熔胶储料，ppr原料被加热熔化为流体熔体，控制熔体温度为180-210℃，储料背压为8～16bar；
48.s5、将金属嵌件3放置在烘箱中加热，待金属嵌件3温度达到80-90℃后取出并放入成型模具的型芯(图中未示出)中固定，开始合模；
49.s6、合模完成后，此时型芯及金属嵌件3置于型腔2中，然后将s4中得到的熔体通过注塑机的射嘴注射填充到成型模具的流道内，最后通过流道流入到型腔2内，其中注射压力控制在65-75bar，注射时间控制在6～10s；
50.s7、注射填充完成后，进行保压，保压压力为50-70bar，保压时间为25-35s；
51.s8、保压结束后，对成型模具的型腔2进行冷却，冷却时间为70-90s，冷却完成后，开模，得到ppr带金属嵌件管件。
52.在本实施例中，在成型模具中，只针对浇口1位置及与浇口1位置对应的排气槽4作出改进，而对于成型模具的其他具体结构及其组合不再叙述，属于本领域技术人员所公知的结构，与现有的成型模具结构相似。
53.在本实施例中，将浇口1位置设计在金属嵌件3的下方处，在注塑时，以保证能较快填满型腔2，避免出现熔体补缩不满情况。此外，考虑到管件自身壁厚情况，将浇口1位置设计在厚壁部位，这是因为塑件薄壁处型腔截面小，熔体压力损失大，而且冷却固化快，如果浇口1位置设在薄壁处时很容易造成厚壁部分填充不足。即使厚壁部分能充满，因厚壁部分用料多、收缩量大、所需补料量也大，而通过压降大、固化快的薄壁处为其补料难度很大，很容易形成缩孔缺陷。因此，为了便于压力传递和补缩，浇口1应设计在与金属嵌件3的底部对应的注入位处，因为成型后，该处是管件用料较多、收缩量大的厚壁部位，如图2所示。
54.在本实施例中，针对注塑机的射嘴(图中未示出)、模具的浇口1、模具的流道尺寸大小作出改进：本发明设计了多种横截面积不同的流道、浇口1和射嘴。研究发现，流道、浇口1尺寸小的模具、及射嘴小的注塑机注塑得到的管件内部缩孔情况较为明显，而适当增大流道、浇口1、射嘴尺寸得到的管件内部缩孔明显减少。这是因为流道、浇口1尺寸太小，浇口
1处材料过早冻结，封凝快，无法完成保压补料过程，使管件填充不足，出现缩孔；而适当扩大流道和浇口1尺寸，充填速度加快，加大压力传递，使熔体流动无阻，能保持足够长的时间让后续熔体进入型腔2进行收缩补偿，因而能够有效避免ppr带金属嵌件管件内部缩孔问题。同时适当增大射嘴尺寸能更平稳地进胶，保证充填速度以及压力传递的稳定。但过大的流道会使水口废料增加，导致成本增加，而过大的浇口1会使后续切断困难，容易出现切不断或者切不平有扯皮现象，最后过大的射嘴会导致注塑中容易塑化不良和漏胶等问题。所以本发明中要求注塑机台上射嘴直径≥5mm，优选为6mm，浇口1尺寸大小为φ5-φ10，优选为φ6，此外，料头小径5(唧咀小头)尺寸大小为φ6-φ10，优选为φ8；料头大径6(唧咀大头)尺寸大小为φ11-φ16，优选为φ14；主流道7尺寸大小为φ10-φ14，优选为φ12；分流道8尺寸大小为φ8-φ12，优选为φ10。通过上述对流道、浇口1、射嘴尺寸的参数改进，可进一步有效避免ppr带金属嵌件管件内部缩孔问题。
55.在本实施例中，对模具的排气槽4改进：将模具的排气槽4设在型腔2的熔接线位置处(最后充模处)，且适当加大排气槽4的尺寸，此外，在型腔2的注入位的相对侧也加设了排气槽4，利于嵌件与塑料结合处的排气及充模补料。试验结果发现，在最后充模处开设尺寸加大的排气槽4以及制品嵌件处加开排气槽4后，ppr带金属嵌件管件因困气造成的缩孔问题有效减少。
56.在本实施例中，为了改善嵌件-塑料结合处与塑料中心冷却速度差异，通过步骤s3的模温机控制成型模具的循环水路内的温度为35℃，并在合模前通过烘箱将金属嵌件3预热到85℃。在塑料注射成型时，考虑到模温太高会导致生产周期长，效率低，而模具温度太低，浇口封闭时间的短，进而影响熔体在保压过程进入型腔2的补料量，为此需要通过模温机控制成型模具的循环管路内液体的温度为30-40℃，优选为35℃，且冷却水路需一进一出，不可循环，保证每个型芯温度基本一致，从而确保冷却效果。且在注射前，将金属嵌件3尽量预热到接近物料填充固化时的温度，可减少由于金属与塑料热膨胀系数不同而产生的收缩应力，但考虑到人工放置嵌件情况，一般将嵌件温度加热到80-90℃，优选为85℃。上述的两种设置可有效改善嵌件-塑料结合面与塑料芯层的冷却速度差异，减少缩孔缺陷。
57.在本实施例中，将步骤s4中的熔体温度设为200℃，储料背压设为12bar。熔体温度对缩孔影响较大，这是因为料温越高本身收缩就越厉害，但料温太低容易浇口固化补料不足，所以控制熔体温度为180-210℃，优选为200℃。上述温度设置可保证熔体进行有效的补缩，及使熔体到达型腔2成型时能保留足够的温度，减少塑料件成型时的内外表面温差，使其收缩均匀，有效改善结晶不完全的现象，减少缩孔的产生。同时设置的储料背压可使注塑机的熔料快速射出到模具中进行填充，加快填料速度。
58.其中，在步骤s4中，料筒内的每段温度以10℃递增，直至用测温计测出熔体温度为200℃左右时停止增温并保持。
59.在本实施例中，注射压力为70bar，注射时间为8s，保压压力为60bar，保压时间为30s，冷却时间为80s。ppr带金属嵌件管件注塑成型过程中的熔体温度、注射时间、周期时间、保压压力、保压时间、熔胶背压等加工工艺对ppr的结晶行为有直接影响，通过正交实验研究分析发现，各个因素的影响大小依次为：熔体温度＞保压压力＞保压时间≈注射时间。虽然通过工艺参数调节仍无法百分百保证管件产品内部不产生缩孔，但目前相对较好的工艺参数为：熔体温度200℃、注射时间8s、保压时间30s、保压压力60bar、熔胶背压12bar、周
期时间120s(一般由注射、保压及冷却时间组成一个周期)。其中，熔体温度对缩孔影响较大，这是因为料温越高本身收缩就越厉害，但料温太低容易浇口1固化补料不足。其次保压压力及时间直接影响熔体在保压过程进入型腔2的补料量，在一定范围内越高效果越好，但超过一定压力和时间会导致应力过大，塑料后收缩严重。因此本发明设置的上述参数是保证熔料能顺利进行补料，而又能减少成型过程中产生缩孔问题的较优方案。
60.本发明针对ppr带金属嵌件管件的缩孔问题，一方面通过在ppr带金属嵌件管件的成型模具上设置合理的浇口1位置，并对应设有多个合理的排气槽4进行排气，同时调节好模温以及对注塑工艺过程中的熔体温度、储料背压、注射时间、保压压力、保压时间等进行优化，确保ppr带金属嵌件管件在成型过程中获得最佳充模以及保压补料过程顺利完成；另一方面通过提前加热金属嵌件3到一定温度，以及控制模具运水一出一进，确保成型产品的内外表面冷却均匀，有效减少了ppr带金属嵌件管件缩孔的产生。
61.实施例2：
62.本实施例与实施例1相似，所不同之处在于，在模具的型腔2周侧产品的壁厚成型处均赠设排气槽4，及在主流道7的尽头处也增设排气槽4，以增强整个管件成型时的排气能力，进一步增强嵌件与塑料结合处的排气及充模补料。
63.同时针对每个排气槽4的转角位处作倒圆处理，增强气流的顺畅流通性，及在每个排气槽4的出口处增设吸气机，主动进行气泡吸气排出，避免气体排出不及时，可有效改善管件成型中因气泡而产生的缩孔问题。
64.实施例3：
65.本实施例与实施例1相似，所不同之处在于，针对熔体温度、模具温度(循环水路的温度)、保压压力以及保压时间四个因素的影响进行详细研究，并对一出8的dn20
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1/2内螺纹弯头进行了表1中如下16种方案的工艺参数调整试验，每个方案各做20模，160个产品。
[0066][0067]
通过正交实验研究分析发现，各个因素的影响大小依次为：熔体温度＞保压压力＞保压时间≈注射时间。虽然通过工艺参数调节仍无法百分百保证管件产品内部不产生缩孔，但目前相对较好的工艺参数为方案13：熔体温度200℃、注射时间8s、保压时间30s、保压压力60bar、熔胶背压12bar、周期时间120s。其中，熔体温度对缩孔影响较大，这是因为料温越高本身收缩就越厉害，但料温太低容易浇口1固化补料不足。其次保压压力及时间直接影响熔体在保压过程进入型腔的补料量，在一定范围内越高效果越好，但超过一定压力和时间会导致应力过大，塑料后收缩严重。
[0068]
目前ppr中的金属嵌件3主要为铜嵌件跟不锈钢嵌件，本发明对现在的ppr带金属嵌件管件均有积极作用。同时ppr中的金属嵌件3规格包括1/2寸、3/4寸、1寸、11/4寸、11/2寸、2寸等，本发明也均对其有积极作用。在实际生产过程中，使用本发明的方法后，ppr带金属嵌件管件产生缩孔的概率由之前80％以上的概率下降到5％，可有效减少缩孔的产生，提升了产品的质量。
[0069]
显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以
做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。