與普通模具材料相比,合金模具材料具有更加優(yōu)良的熱性能,可使模具中熱量的傳輸更為高效。在提高制品德量、縮短制品生產(chǎn)周期以及簡化模具冷卻水道保護等方面,高導(dǎo)熱的合金模具材料都施展了良好的增進作用。
衡量合金模具材料熱性能的三個重要指標(biāo)包含:熱傳導(dǎo)率、熱擴散率和熱傳導(dǎo)效率(即熱傳導(dǎo)率與熱擴散率平方根之比)。高的熱傳導(dǎo)率可以使材料能夠在單位時間內(nèi)穩(wěn)固地轉(zhuǎn)移更多的熱量;高的熱擴散率能夠令模具在溫度轉(zhuǎn)變時能很快達到熱平衡,并能更快速地適應(yīng)環(huán)境溫度的變更;熱傳導(dǎo)效率用來表現(xiàn)材料從高溫物體向其接觸的低溫物體傳熱的即時效率。
在制品的成型加工過程中,合金材料的熱性能會對模具中熱傳遞過程的各階段產(chǎn)生影響。在將模具加熱達到加工溫度的階段,優(yōu)良的熱擴散才能能夠使合金模具敏捷建立熱平衡,成型過程即將開端。在將熱熔料注射進進模具并使其冷卻的階段,較高的熱傳導(dǎo)效率意味著模具開端敏捷而高效地將熱量從熔料中傳出;高熱擴散率有利于模具敏捷達到熱平衡狀態(tài),并使模具各處的溫度保持一致;一旦達到平衡狀態(tài),熱傳導(dǎo)率將決定熱量從熔料傳出直至塑件達到預(yù)期的脫模溫度所需的時間。在開模、脫模以及合模各階段,高熱擴散率能夠促使模具保持平衡點溫度。
高導(dǎo)熱合金模具利于兩類重要聚合物(半結(jié)晶聚合物和無定型聚合物)的加工成型,并明顯減少冷卻時間。另外對幾乎所有的塑料原料而言,高導(dǎo)熱合金模具都能夠幫助加工商獲得更短的制品生產(chǎn)周期和更好的冷卻后果。
無定型聚合物具有疏松而隨機的分子結(jié)構(gòu),沒有固定熔點,當(dāng)被加熱升溫達到Tg(玻璃化溫度)以上時,聚合物粘度降落直至開端自由運動,持續(xù)加熱直到熔料可以完整填充模具。然后,熱量再次被轉(zhuǎn)移直到聚合物溫度下降到Tg以下(多數(shù)情況下此時的溫度已經(jīng)可以使制品脫模)。半結(jié)晶聚合物具有緊密的分子結(jié)構(gòu),分子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)雷同,包含聚酰胺(尼龍)、聚乙烯、聚丙烯和聚甲醛等。在加工過程中,這些聚合物處于熔融狀態(tài)成為無定型材料,當(dāng)重新冷卻時又成為半結(jié)晶材料。一些半結(jié)晶材料,例如尼龍通常請求模溫相對較高以得到精良的制品表面,并使結(jié)晶度達到最大化。假如應(yīng)用高導(dǎo)熱合金模具,就可以在請求的溫度下滿足加工需求。
采用鋼材制作模具,加工商通常采用冷卻裝置以縮短生產(chǎn)周期,然而冷卻介質(zhì)經(jīng)常會凝聚到模具表面從而影響塑件質(zhì)量。選用高導(dǎo)熱的合金材料制作模具,冷卻水通??梢栽O(shè)置更高的溫度以防止凝聚,模具的表面溫度也非常接近于水溫。與鋼材相比,高導(dǎo)熱合金材料能夠更快地轉(zhuǎn)移模具中的熱量從而使其達到所請求的溫度,并且各處溫度更加一致。均衡冷卻令加工商易于把持塑件尺寸,防止塑件產(chǎn)生翹曲變形并提高其強度。此外,均衡冷卻對無定型聚合物的成型也非常重要,例如PC制品將變得更透明和更具韌性。
冷卻時間的減少終極會縮短制品的生產(chǎn)周期,從而使生產(chǎn)效率得到大幅度提高。例如,在生產(chǎn)一種大型PE蓋子的過程中,加工商盤算出將鈹銅嵌件嵌進到鋼制模具中只用10天可以回收本錢。生產(chǎn)周期從75s減少到52s,也不必購置其他附加設(shè)備。從短期看這固然可能有部分資本投進,但從長期來看還將會有相當(dāng)大的經(jīng)濟獲益潛力。另一個實例是成型加工椅子的玻纖加強尼龍底座。在采用鈹銅嵌件之前,加工商通常在模具中直接應(yīng)用鋼質(zhì)材料。而利用鈹銅嵌件能夠使生產(chǎn)周期從122s減少到98s,同時令制品的生產(chǎn)速度更快并且尺寸穩(wěn)固性更好。
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