PET注塑产品结晶研究

罗刚

(四川省宜宾普什模具有限公司，四川 宜宾 644007)

PET于1941年由英国J.tt.Whinfield与J.T.Dickon研制成功。于1946年由英国帝国化学公司(1.c.I)以涤纶(Teleron)纤维投入生产，PET作为纤维原料已有72年历史。1946年英国发表了第一个制备PET的专利，1949年英国ICI公式完成中试，但美国杜邦公司购买专利后，1953年建立了生产装置，在世界最先实现工业化生产。初期PET几乎都用于合成纤维(我国俗称涤纶、的确良)。20世纪80年代以来，PET作为工程塑料又有突破性发展，相继研制出成核剂和结晶促进剂，目前PET与PBT一起作为热塑性聚酯，成为五大工程塑料之一[1]。

PET分为纤维级聚酯和非纤维级聚酯。纤维级聚酯用于制造涤纶短纤维和涤纶长丝，是供给涤纶纤维企业加工纤维及相关产品的原料。非纤维级聚酯还有瓶类、薄膜等用途，广泛应用于医疗卫生，包装业、电子电器、建筑、汽车等领域[2]，其中包装是聚酯最大的非纤应用市场，同时也是PET增长最快的领域。

笔者总结二十来年的注塑模具经验，针对医疗卫生业广泛使用的PET，从原料特征、成型工艺方法、模具结构及冷却设计等多角度分析，探究PET注塑产品结晶的原因，进而找到减少或者消除该类产品结晶发白的解决办法，以为相关从业者和爱好者共享。

1 PET透明产品浇口结晶

如图1所示，PET透明产品在进浇口区域容易出现结晶，呈现均匀结晶（图2）和冷料结晶（图3）。

结晶现象分析和处理措施：

（1）模具喷嘴尖处塑料熔融温度或者浇口区域温度过高，呈现更深更浓的白色雾状；（截面厚壁的尤其明显）

图1 PET透明产品

图2 均匀结晶

图3 冷料结晶

（2）检查模具浇口模仁水道是否堵塞；

（3）检查热流道喷嘴加热圈是否有短路接触；

（4）熔融流道过小，塑料内应力集中产生结晶发白；

（5）检查喷嘴尖和浇口部位流道是否粗糙或有阻碍物；

（6）检查热流道阀针是否正常开关。

2 PET 原料特征

2.1 PET

聚对苯二甲酸乙二醇酯化学式为—OCH2—CH2OCOC6H4CO—，简称PET（图4），为高聚合物，由对苯二甲酸乙二醇酯发生脱水缩合反应而来，由对苯二甲酸和乙二醇发生酯化反应所得。PET原料物性表见1。

图4 PET化学分子式

表1 PET原料物性表

2.2 PET用途

具有优良的耐热性、耐化学药品性、强韧性、电绝缘性、安全性等[3]；价格便宜，广泛用做纤维、薄膜、工程塑料、聚酯瓶等。国际上聚酯类产品有：

（1）液晶聚合物；

（2）聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)；

（3）聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)；

（4）工程级PET；

（5）标准级PET；

（6）回收级PET(包括共混物及100% 回收料)。

此外，为改进PET性能，可与PC、PBT、PS类、ABS等形成合金。常用于注塑电子电器零部件和汽车配件。

3 PET工艺方法

PET属于结晶型饱和聚酯，为热塑性塑料。增强PET主要采取注射成型加工，还有挤出、吹塑、涂覆和焊接、封接、机加工、真空镀膜等二次加工方法。

由于PET大分子中含有脂基，有一定的亲水性，料粒在高温下对水敏感，当含水量超量时，在加工中PET分子量下降，制品带色、变脆。因此，在加工前必须进行干燥处理，干燥温度为150℃，4 h以上，一般为170℃，3～4 h。可用空射法检验是否完全干燥，干燥效果好不好并不是时长来决定，一般的热风干燥机效果并不好，通常采用除湿机[4]；另外检查模具冷却效果，甚至是冷却循环水压力流量，排除冷却不好导致结晶。

回收料比例一般不要超过25%，而且要把回收料彻底干燥；另外，通过添加成核剂和结晶促进剂等方式，改进结晶慢的弊病。加阻燃剂和防燃滴落剂可改进 PET阻燃性和自熄性。

3.1 提高射出速度

提高模具温度，同时把树脂温度也稍微提高；提高射出压力，加长保压时间；喷嘴附近残留有已固化的残渣有时会流入模穴而成为流痕；

方法：把设在模内的残渣集中穴加大以防止残渣流入成形型腔。

对于喷嘴孔径、浇道口、浇口过小有时会成为原因。

3.2 末端结晶

在工艺上通过加大注塑机的注射背压，可不久又发白，需要检查背压的单向节流阀是否正常。实践证明，螺杆与料筒间的间隙因长期生产磨损增大而造成，一般该间隙在0.15以下是最好用的，超过0.3以上就会影响注塑性能，表现为背压加不上。

3.3 出现银纹

由于PET在熔融状态下的流变性能较好，压力对黏度的影响比温度更大，从压力着手来改变熔体的流动性，加高料温，模温，检查排气，加快注射速度。

另外，对模具的填充温度和填充时间，采用moldflow模拟技术分析，捕捉流变规律，如图5对填充温度，如图6对填充时间测试。

图5 填充温度

图6 填充时间

通过分析确定银纹容易出现的部位。

3.4 注塑机选用

PET由于在熔点后稳定的时间短，而熔点又较高，因此需选用温控段较多、塑化时自摩擦生热少的注射系统，并且制品（含水口料）实际重量不能小于机器注射量的2/3。因此选用专用塑化注塑单元配置的高速注塑机为理想之选。

3.5 隔热结构热流道

模具与注塑机模板之间最好要有隔热板（如图7），其厚度为12 mm左右，能承受高压，确保注塑生产的稳定性和模具膨胀的一致性。

3.6 注塑工艺分析

（1）熔胶温度。可用空射法度量。270～295℃不等，增强级GF-PET可设为290～315℃不等；

图7 隔热板

（2）注射速度。一般注射速度要快，可防止注射时过早凝固。但过快，剪切率高使物料易碎。射料通常在4 s内完成。

（3）背压。越低越好，以免磨损，一般不超过100 bar，通常无须使用。

（4）滞留时间。切勿使用过长的滞留时间，以防止分子量下降，尽量避免300℃以上的温度。若停机少于15 min，只需作空射处理；若超过15 min，则要用黏度低的PE清洁，并把机筒温度降至PE温度，直至再开机为止。

（5）注意事项。

回收料不能太多，否则易产生在下料处“架桥”而影响塑化。

模温控制不好、料温控制不当容易产生“白雾”而不透明。模温低且均匀，冷却速度快，结晶少则制品透明。

（6）PET制品中往往残留一定的内应力，一般成型后常需后处理。

PET在熔融态下的流变性为非牛顿型，温度对熔体黏度的影响不大，可以通过调节压力来增大剪切应力或剪切速率。

PET有明显的熔点，加工温度范围较窄，为270～290℃，当超过300℃时容易发生降解。

（7）PET对尖角、缺口非常敏感，这些地方易出现应力集中，使承载能力大大下降，在受外力冲击时易发生破裂，故对这些地方应尽量采用圆弧过渡。

（8）PET模具流道应尽可能减少熔体的压力降，避免采用较高熔体温度，流道以短而粗为好，表面积和横截面积之比应小，多用圆形流道。

（9）在避免熔料喷射的前提下，PET浇口应开设在塑件最厚处，避免流道阻力大和冷却快的问题，确保充满模腔。

（10）模具成型排气必须充足，避免出现局部过热或脆裂，但其排气口深度一般不要超过0.035 mm，否则容易产生飞边。

PET浇口的开设方位最好能正对型腔壁或粗大的型芯，这样可以改变流向，降低流速，使熔料能均匀填充型腔，避免表面缺陷。

4 模具结构冷却设计

经过测试，减小喷嘴开框尺寸,在确保熔融塑料正常填充基础上，保持喷嘴的温度和阀针的正常动作；同时，冷却水孔尽量靠近喷嘴，在最短时间内冷却浇口，避免浇口附近更大范围的结晶，争取不出现结晶[5]。如图8和图9，改进前后的喷嘴和冷却设计，改进后的效果更好。

图8 之前的喷嘴和冷却设计

图9 之后的喷嘴和冷却设计

PET注塑产品结晶本是普遍现象，为了正常稳定生产，确保结晶区域仅限于浇口阀针处，从原料特性，工艺条件优化，注塑机配置优化，模具结构及冷却设计等角度分析，笔者认为在设计制造好一套优秀模具的基础上，辅以良好的工艺条件和注塑系统配套，对PET类产品结晶问题一定能迎刃而解。