一种厚壁曲面结构的透明制件的注射成型制造方法

摘要

本发明涉及一种厚壁曲面透明制件的注射成型制造方法，尤其是一种复杂曲面、高表面质量要求和良好光学性能的透明塑料制件的注射成型制造方法。本发明采用厚度连续阶梯式变化的狭缝扩张式结构浇口，避免了厚壁制件成型充填的熔体喷射现象和浇口过早冷却引起的缺料欠注等问题。模具型腔扩大和低速注射可以有效减少熔体充填阻力，降低了材料分子链的取向和制件的流动残余应力，减小了应力所引起的翘曲变形和光学缺陷。压缩动作在整个模腔型面上实现等压力控制，起到了补偿制件冷却收缩的作用，减小了螺杆保压引起的残余应力，保证了几何外形的尺寸精度，可实现制件的高精密制造成型。

说明书

技术领域

本发明涉及一种厚壁曲面透明制件的注射成型制造方法，尤其是一种复杂曲 面、高表面质量要求和良好光学性能的透明塑料制件的注射成型制造方法。

背景技术

在航空航天、汽车工业以及航海船舶等领域都会应用到大量的透明制件，其 中观测及照明系统对透明制件的性能要求较高，同时制件的外形也非常复杂。曲 面外形、大厚度的几何结构以及高光学性能，要求表面质量良好、透光、光畸变 小、无气泡及气痕、残余应力低、三维尺寸精度高，同时，实际使用中还要求制 件的抗冲击及耐压性能良好，所有这些都对材料及成型制造方法提出了更高要求。 透明聚碳酸酯材料具有良好的耐冲击性能，有望应用于观察窗及照明系统等领域。 注射成型是一种近净成型技术，可以适用于外形结构复杂的制件的制造，也可应 用于导光板、光学镜片以及整体面窗等光学透明制件的成型。由于聚碳酸酯极易 吸水、应力敏感、不耐划伤，产品壁厚及尺寸上的差异还会引起真空泡、收缩翘 曲等缺陷，严重影响到制件的性能和后期的安装服役，利用传统的注射成型方法， 基本难以实现厚壁精密光学制件的成型，无法满足用户的需求。德国IKV采用 了多层注射成型以及常规注射压缩成型的方法，已成功制备出厚壁透明制件，但 尺寸较小，且基本为平面几何外形，未涉及曲面结构。探索开发厚壁曲面结构透 明制件的注射成型方法，是特殊结构透明件应用的重要前提。

发明内容

本发明的目的是提供一种厚壁精密透明制件的注射成型制造方法，以解决厚 壁透明制件尺寸较小、曲面结构难以实现的透明件制造问题。

本发明的技术方案是：

一种厚壁曲面结构的透明制件的注射成型制造方法包括以下步骤：(1)注塑 制件的浇口形状采用厚度连续阶梯式变化的狭缝扩张式结构，其中浇口的最小厚 度为制件厚度的2/3，最大厚度小于制件厚度的2倍，浇口的长度为30—50mm， 注胶点位于近于浇口最大厚度一侧；(2)利用动模侧油缸顶出封胶，通过动模板 后退实现模具型腔扩大，模具温度升至制件材料玻璃化温度T_g以上10℃，低速 注射充填，最大注射速度为常规注射成型的40％，通过调整注射设备，使注射量 为常规注射成型的102-108％；(3)充填结束后的螺杆保压压力为注射压力最大 值的105％-120％，保压时间为0.2s；(4)保压结束后注胶点封闭；(5)保压同 时或结束后，动模板压缩启动，挤压熔体充满整个型腔，采用分段式控制压缩力， 上限为设备的最大锁模力；之后模具通冷水迅速降温冷却，冷却时间为90-150s； 挤压持续到冷却结束；(6)制件冷却顶出脱模。

所述厚壁曲面透明制件包括半球形区域、近平面区域及周缘区域。

压缩动作的有效作用区域为半球形区域。

注塑模具的型面按照半球形区域和近平面区域进行分块式补偿，其中补偿值 近平面区域>半球形区域，实现制件的整体外形控制。

制件脱模后，将制件置入冷水浴中进行进一步定型。

本发明的有益效果：

1.厚度连续阶梯式变化的狭缝扩张式结构浇口可以有效防止冷料进入模具 型腔，同时使得熔体充填流动平缓发展为层流，避免了厚壁制件成型充填的熔体 喷射现象和浇口过早冷却引起的缺料欠注等问题。

2.模具型腔扩大和低速注射可以有效减少熔体充填阻力，降低了材料分子 链的取向和制件的流动残余应力，减小了应力所引起的翘曲变形和光学缺陷。

3.压缩动作在整个模腔型面上实现等压力控制，起到了补偿制件冷却收缩 的作用，减小了螺杆保压引起的残余应力，保证了几何外形的尺寸精度，可实现 制件的高精密制造成型。

4.模具温度和设备锁模力的阶段式变化，有效减小了制件的边界取向层厚 度和残余应力，保证了制件的形状尺寸精度和表面质量，避免了真空气泡的出现。

5.进行模具曲面的分区域补偿，实现了透明制件曲面结构尺寸的精确控制， 结合其他技术，解决了厚壁曲面结构透明制件透光率低、雾度大以及光畸变偏大 等一系列问题；

6.本发明采用的浇口设计为其他厚壁制件的注射成型奠定了基础，可以在 相关产品上进行推广和应用。

附图说明：

图1是本发明的模具浇口设计示意图

图2是本发明的产品外形结构示意图

图3是本发明一个成型周期内模具温度及锁模力演变的示意图

图4是曲面压缩的模具型面补偿分布示意图

图1中的标注：1-注浇点

具体实施方法：

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施 例对本发明作进一步说明。

注射成型制造方法包括以下步骤：(1)注塑制件的浇口形状采用厚度连续阶 梯式变化的狭缝扩张式结构，其中浇口的最小厚度为制件厚度的2/3，最大厚度 小于制件厚度的2倍，浇口的长度为30—50mm，注胶点1位于近于浇口最大厚 度一侧；(2)利用动模侧油缸顶出封胶，通过动模板后退实现模具型腔扩大，模 具温度升至制件材料玻璃化温度T_g以上10℃，低速注射充填，最大注射速度为 常规注射成型的40％，通过调整注射设备，使注射量为常规注射成型的102-108％； (3)充填结束后的螺杆保压压力为注射压力最大值的105％-120％，保压时间为 0.2s；(4)保压结束后注胶点1封闭；(5)保压同时或结束后，动模板压缩启动， 挤压熔体充满整个型腔，采用分段式控制压缩力，上限为设备的最大锁模力；之 后模具通冷水迅速降温冷却，冷却时间为90-150s；挤压持续到冷却结束；(6) 制件冷却顶出脱模。

实施例

注塑制件的厚度为10mm，注塑制件的外形如附图2所示；

(1)注塑制件的浇口位于边缘区域，其形状采用厚度连续阶梯式变化的狭 缝扩张式结构，如附图1所示，注胶点1位于近于浇口最大厚度一侧，浇口最大 厚度为20mm，浇口最小厚度为7mm，浇口长度为50mm；(2)动模侧油缸顶出 封胶，通过动模板后退扩大模具型腔至分型面间隙为5mm，模具温度升至160℃， 采用螺杆推进5mm/s-10mm/s-20mm/s的低速多阶注射充填，通过调整螺杆背 压以及螺杆行程等参数，使注射量为常规注射成型的108％；(3)充填结束后的 螺杆保压压力为注射压力最大值的105％-120％，保压时间为0.2s；(4)保压结 束后注胶点1封闭；(5)保压同时或结束后，动模板压缩启动，挤压熔体充满整 个型腔，并补偿收缩，压缩力(即锁模力)采用分段递增至最大压缩力，之后模 具通冷水迅速降温冷却，冷却时间为120s；挤压持续到冷却结束，如附图3所 示；(6)制件冷却顶出脱模后，将制件置入冷水浴中进行进一步定型。由于压缩 对曲面不同区域成型的影响效果不同，对应模具不同区域的设计补偿值存在差异， 所以，针对本发明中的模具采用两区域进行补偿设计，划分如附图4所示，区域 1为半球形区域，补偿值为0.2mm，区域2为近平面区域，补偿值为0.5mm。