簡介
微注射成型的提出源於1985年,微注射成型(也稱微成型)用於生產總體尺寸、或特徵功能區、或公差要求以毫米甚至微米計的製品。隨著高技術和精密技術的快速發展,在光通信、計算機數據存儲、醫療技術、生物技術、感測器和傳動裝置、微光學器件、電子和消費類產品,以及設備製造和機械工程等領域中,微注射成型製品呈現快速增長的需求。典型例子包括:手錶和照相機部件,汽車撞擊、加速和距離感測器,硬碟和光碟驅動器讀寫頭,醫療感測器,微型泵,小線軸,高精度齒輪、滑輪和螺旋管,光纖開關和接外掛程式,微電機,外科儀器和通訊製品等。由於製品的微型特徵,因此需要特殊的成型機械和輔助設備來完成各種生產操作,如:注射量控制、模具排空(真空)、注射工藝、製品頂出、分離、檢驗、存放、定位和包裝。另外模具嵌件和模腔製造也需要特殊的技術。分類
儘管微注射成型的方法並沒有清楚定義,但一般認為套用於生產以下三類產品或部件的工藝可稱為微注射成型。1、重幾微克到幾分之一克,尺寸可能在微米(mm)級的微注塑成型製品,如微齒輪、微操縱桿等。圖1是德國Hengstler公司用聚醚醯亞胺製得的微齒輪,齒輪軸孔直徑和齒廓寬度均小於1mm。
2、傳統尺寸的注射成型製品,但具有微結構區域或特徵功能區,例如:帶有數據點隙的光碟、具有微表面特徵的透鏡、使用塑膠薄片技術製造微齒輪的薄片等。圖2和圖3是聚碳酸酯小透鏡和透明小齒輪。注意齒輪表面布有寬度小於1mm的同心圓,用於後續製作計數器的數據區。
3、可具有任意尺度,但尺寸公差在微米級的高精度製品,例如光纖技術用接外掛程式等。圖4是一種汽車用微卡子,卡體採用聚甲醛(POMDelrin),卡體尾片厚度為700mm。為減輕運行時卡體振動,採用第二台注射機和旋轉模具,在卡體中部共注射一小塊彈性體,材料為PE-PA共聚物。
設備要求
為滿足微注射成型的特殊需求,採用專門設計的設備和模具至關重要。一般來說,應考慮以下要求:1、應採用小型塑化裝置,螺桿直徑在12~18mm範圍內,且螺桿長度較短,L/D比值大約為15,以避免長停留時間引起材料降解。
2、精確的注射量控制和理想的注射速度。為此,機器有時裝備有分離的計量和注射用的柱塞和螺桿。其目的在於準確計量注射量和消除由於傳統注射螺桿的分流和死角造成的與材料降解相關的問題。
3、可進行多重控制。比如既可根據螺桿位置,又可根據模腔壓力進行從充模到保壓的轉換。
4、模溫可調,有能力將模具壁溫升高到一定水平,有時略高於聚合物熔融溫度,以避免超薄部分的早期固化。若微注射成型製品的壁厚小於5mm,須具備模具抽空能力,因為這種情況下壁厚與空氣逃逸的氣孔尺寸處於同一數量級。
5、推薦採用開關型噴嘴,以避免由於高加工溫度造成熔體流涎。
6、精確定位和輕柔的模具開關速度以避免精巧的微注射成型件發生變形。
7、採用特殊操作技術取出成型件,進行檢驗和包裝。由於微注射成型製品的尺寸和重量與傳統製品存在著顯著差異,故必須採取一些特定步驟以保證製品正確頂出。例如可在注射機上安裝顯示系統以確認微型製品的頂出。此外可使用吸力墊取出製品,它可以使製品保持分離和定向,便於質量控制和包裝,或者使用靜電力或吹出等。對微注射成型製品,傳統的質量控制方法如測量製品重量不再適用。新的質量控制技術使用視頻監視系統來區分合格和不合格製品。
8、儘可能就地準備乾淨封閉場所或層狀周轉箱,以避免污染微注射成型件。微注射成型製品通常是組裝件的一部分,因此將它們按一定方向包裝,準備進行後續的裝配。
為此,若採用現代化的傳統成型機械生產,必須按上述要求進行改裝,以滿足微注射成型的特殊需要。然而隨著製品體積和注射量的減小,傳統注射機不再是一種經濟上可行的解決方案。許多種類“微注射機”因此被開發出來並投入了商業套用。Babyplast公司最新研製的一種微型注塑機。其中塑化單元和注射單元分離,均採用液壓驅動活塞式擠出機,活塞直徑10~18mm。斜上方的塑化單元採用的是金屬球塑化系統,避免了螺桿塑化的強剪下和強生熱造成的材料降解。注塑膠室容積僅15cm3,縮短了物料的高溫滯留時間。機器總功率3kW,淨重150kg。