阅读说明：本技术 一种变模温高光成型工艺 (Variable-mold-temperature high-gloss forming process ) 是由 张荣福 印玲 赵亚红 陆一鸣 于 2020-06-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种变模温高光成型工艺,包括如下步骤：S1将模具内表面抛光至粗糙度≤Ra 0.0012μm,并用有机溶剂清洗干净；S2采用电加热式变模温方式,将电加热元件直接安装在模具内部,快速将模具温度升温至180～300℃；用注塑机将塑化好的塑料熔体注入封闭的模具腔内注塑成型；S3注塑成型后通入冷却水使模具温度快速冷却至20～50℃,冷却时间5～20s。与现有技术相比,通过电镀的方式将石墨烯/Ni涂层固定在模具的内表面,与模具基体的结合力好,能够为模具的内表面提供较好的疏水能力,提高塑料熔体的流动性,提高高光注塑制品与模具腔内复合程度,得到的注塑制品的复原性好；不仅如此,本发明的石墨烯/Ni涂层能够为模具内表面提供良好的热传导性能,确保注塑制品的收缩均匀,减少翘曲现象的产生。(The invention discloses a variable mold temperature high-gloss forming process, which comprises the following steps: s1, polishing the inner surface of the mold until the roughness is less than or equal to Ra 0.0012 mu m, and cleaning the mold by using an organic solvent; s2, directly installing an electric heating element in the die by adopting an electric heating type die temperature changing mode, and quickly heating the die to 180-300 ℃; injecting the plasticized plastic melt into a closed mold cavity by using an injection molding machine for injection molding; s3, introducing cooling water after injection molding to rapidly cool the mold to 20-50 ℃ for 5-20S. Compared with the prior art, the graphene/Ni coating is fixed on the inner surface of the mold in an electroplating mode, the bonding force between the graphene/Ni coating and the mold substrate is good, good hydrophobic capacity can be provided for the inner surface of the mold, the fluidity of a plastic melt is improved, the compounding degree of a highlight injection molding product and the mold cavity is improved, and the resilience of the obtained injection molding product is good; moreover, the graphene/Ni coating can provide good heat conduction performance for the inner surface of a mold, ensure uniform shrinkage of an injection molding product and reduce the generation of warping.)

一种变模温高光成型工艺

技术领域

本发明属于注塑领域，具体涉及一种变模温高光成型工艺。

背景技术

近年来，人们对汽车的舒适性、安全性、环保性和美观的要求越来越高，而企业对汽车成本的控制则越来越重视。这样给汽车行业的发展，尤其是自主品牌的发展带来了前所未有的机遇和挑战。高光注塑工艺替代传统的钢琴喷漆工艺实现汽车零部件外观高光泽效果，就是高性能、低成本并且低碳环保的创新研发的体现之一。

传统的注塑成型工艺是通过循环低温冷却液来保持较低的模腔温度，从而缩短成型周期，但是低温模壁会使得熔体在接触面产生冻结层。随着熔体中心层与表层的温差不断增大，波前温度下降，使熔体在模腔内流动不畅，甚至导致滞流；填充过程中，当两股或两股以上熔体的流动前沿在模腔相遇时，如果模腔温度低，就会造成汇合部分无法完全熔合，导致产品出现熔接痕，熔合部位强度下降。

如果在合模前及合模过程中，将模腔表面温度快速升至高分子材料的热变形温度之上，提高熔体在模腔内的流动性，合模完成后达到设定的模具温度即进行注塑；注塑过程中继续维持模具高温状态，使熔体在注塑过程中仍保持很好的流动性；注塑完成后，迅速使模具降温，缩短制品的冷却时间，这样就能显著消除制品表面熔接痕、银纹等外观缺陷，在低温成型时避免玻璃纤维外露于产品表面而影响外观质量的同时，也能缩短成型周期。

高光注塑成型即是基于上述工艺的成型技术。由于显著提高了熔体流动前沿和与模腔接触的界面温度，模具部位的微细特征更易成型，结合特殊的工程塑料以及表面光泽度高、结构合理的模具，便可生产出无缺陷、高光泽度的注塑产品，并实现注塑产品的一次成型，由此该成型技术被称为高光注塑。

发明内容

本发明提供一种变模温高光成型工艺，能够有效解决传统工艺中出现的熔接痕、翘曲等问题。

本发明的技术方案如下：

一种变模温高光成型工艺，包括如下步骤：

S1将模具内表面抛光至粗糙度≤Ra 0.0012μm，并用有机溶剂清洗干净；

S2采用电加热式变模温方式，将电加热元件直接安装在模具内部，快速将模具温度升温至180～300℃；用注塑机将塑化好的塑料熔体注入封闭的模具腔内注塑成型；

S3注塑成型后通入冷却水使模具温度快速冷却至20～50℃，冷却时间5～20s。

本发明还公开了另一技术方案，一种变模温高光成型工艺，包括如下步骤：

S1将模具内表面进行耐磨处理：

将模具的内表面打磨至Ra为0.01～0.05μm，通过NaOH水溶液与Na₂CO₃水溶液清洗表面油污，丙酮超声清洗，吹干；采用智能多组换向脉冲电镀电源进行石墨烯/Ni涂层的电镀，电镀阳极为镍板，阴极为模具内表面；

S2采用电加热式变模温方式，将电加热元件直接安装在模具内部，快速将模具温度升温至180～300℃；用注塑机将塑化好的塑料熔体注入封闭的模具腔内注塑成型；

S3注塑成型后通入冷却水使模具温度快速冷却至20～50℃，冷却时间5～20s。

优选的，所述有机溶剂为丙酮、乙醇、石油醚中的任意一种。

优选的，所述塑料熔体为ABS/PMMA熔体、ABS、PC/ABS中的任意一种。

优选的，所述注塑工艺参数：熔体温度为180～300℃，注塑压力30～80bar，注塑速度30～40％，保压压力40～50MPA，保压时间8～20s。

优选的，所述电镀采用的电解液组分为：100～180g/L镍盐，5～20g/L阳极活化剂，5～20g/L钠盐，0.1～0.3g/L表面活性剂，10～30g/L H₃BO₃，0.1～0.8g/L改性氧化石墨烯，余量为水；pH为4.0～6.0。

优选的，所述镍盐为硫酸镍、氨基磺酸镍中的一种。

优选的，所述阳极活化剂为氯化镍。

氯化镍是阳极活化剂，电沉积过程中溶液中的主盐离子不断被消耗，为补充溶液中的主盐浓度，需要使用镍阳极。在高电流密度下，阳极容易产生钝化，造成溶解不良，从而使得阳极电流效率下降，溶液pH值升高。因此需要在溶液中加入阳极活化剂。电镀液中的氯离子是一种阳极活化剂，可促进阳极溶解，保证镍离子的正常补给，并能提高电镀液的导电性和分散能力。若氯离子浓度过低则阳极容易钝化，致使镀液中镍离子的浓度降低，而氯化物浓度过高，会使阳极过腐蚀、电镀镍层中的内应力增大还会在沉积层中产生毛刺，而且电镀液对设备的腐蚀也较强。

硼酸在电镀液中是一种酸碱缓冲剂，起着稳定镀液pH值的作用。在镍沉积过程中，溶液的pH值必须保持在一个稳定的范围内，一般为3.8-5.6。若pH值过低，氢离子易于放电，降低镍沉积的电流效率，镀层容易产生针孔。反之若pH值过高，溶液易浑浊，阴极周围的金属离子会以氢氧化物的形式进入镀层中，使镀层的机械性能恶化，外观粗糙。硼酸的含量一般要高于30g/L以上时，才有显著的作用。本文中硼酸的含量为40g/L。

表面活性剂，可以防止阴极表面氢气的聚集，减少缺陷的出现。

优选的，所述钠盐为硫酸钠、氯化钠中的一种。

优选的，所述电镀的电流密度为1.5～3.0A/dm²，温度40～60℃，电镀时间2～5h。

优选的，所述电镀的电流密度为1.5～3.0A/dm²，温度40～60℃，电镀时间2～5h；电镀的过程中电解液搅拌转速100～500rpm。

所述甲基丙烯酸羟丙酯接枝的氧化石墨烯的制备方法如下：

①将1～3g氧化石墨烯加入到30～60mL 20～80wt％乙醇水溶液中，在5～35℃、200～600W的条件下超声20～50min，得到氧化石墨烯分散液；称取0.1～0.3g KH550加入到6～12mL乙醇中搅拌混合均匀，得到KH550乙醇溶液；将KH550乙醇溶液加入到氧化石墨烯分散液中在65～85℃、100～300rpm的条件下反应8～15h；过滤后用丙酮洗涤1～3次，得到的产物在45～60℃下真空干燥8～24h，得到KH550改性的氧化石墨烯；

②将5～15mL丙酮、1～3g二月桂酸二丁基锡滴加至24～50mL异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)中搅拌混合均匀，加入1～3g KH550改性的氧化石墨烯搅拌混合均匀，在35～45℃下反应1～3h，得到IPDI-KH550改性的氧化石墨烯溶液；

③将1～3g二月桂酸二丁基锡催化剂滴加到步骤②的IPDI-KH550改性的氧化石墨烯溶液中搅拌均匀，在60～80℃油浴的条件下滴加1～3g甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)，在60～80℃油浴、100～300rpm条件下反应2～6h，过滤后用丙酮洗涤1～3次，得到的产物在45～60℃下真空干燥8～24h，得到甲基丙烯酸羟丙酯接枝的氧化石墨烯。

本发明的有益效果：

与现有技术相比，通过电镀的方式将石墨烯/Ni涂层固定在模具的内表面，与模具基体的结合力好，能够为模具的内表面提供较好的疏水能力，提高塑料熔体的流动性，提高高光注塑制品与模具腔内复合程度，得到的注塑制品的复原性好；不仅如此，本发明的石墨烯/Ni涂层能够为模具内表面提供良好的热传导性能，确保注塑制品的收缩均匀，减少翘曲现象的产生。

具体实施方式

本发明实施例中部分物质的具体参数如下：

模具为#45钢。

PC/ABS，型号T85HG，熔体体积流量(MVR)(260℃/5.0kg)。注塑成型前塑料均经充分的干燥处理(85℃下干燥8小时)。

十二烷基硫酸钠，CAS号：151-21-3。

氧化石墨烯，含氧基团的氧含量在30～40％，微片大小在0.5～3μm,厚度在0.55～1.2nm左右，北京德科岛金科技有限公司。

KH550，γ-氨丙基三乙氧基硅烷，CAS号：919-30-2。

二月桂酸二丁基锡，CAS号：77-58-7。

异佛尔酮二异氰酸酯，CAS号：4098-71-9。

甲基丙烯酸羟丙酯，CAS号：27813-02-1。

实施例1

一种变模温高光成型工艺，包括如下步骤：

S1将模具内表面抛光至粗糙度为Ra＝0.0012μm，并用丙酮清洗干净；

S2采用电加热式变模温方式，将电加热元件直接安装在模具内部，快速将模具温度升温至260℃；采用螺杆式注塑成型机(XL-680型，宁波高新协力机电液有限公司)将塑化好的PC/ABS熔体注入封闭的模具腔内，注塑工艺参数：熔体温度为230℃，注塑压力50bar，注塑速度35％，保压压力45MPA，保压时间10s；

S3通入冷却水使模具温度快速冷却至20℃，冷却时间15s，即得汽车扰流板塑料制品；其包容尺寸为340mm*245mm*2.4mm。

实施例2

一种变模温高光成型工艺，包括如下步骤：

S1将模具内表面进行耐磨处理：

将模具的内表面打磨至Ra＝0.04μm，通过0.1mol/L NaOH水溶液与0.1mol/LNa₂CO₃水溶液清洗表面油污，丙酮超声清洗5min，吹干；采用智能多组换向脉冲电镀电源进行石墨烯/Ni涂层的电镀，电镀阳极为镍板，阴极为模具内表面；电解液为：120g/L NiSO₄·6H₂O，10g/L氯化镍，10g/L NaSO₄，0.2g/L十二烷基硫酸钠，20g/L H₃BO₃，0.4g/L甲基丙烯酸羟丙酯接枝的氧化石墨烯，余量为水，pH为5.0；电流密度为2A/dm²，温度50℃，电镀时间4h，电解液搅拌转速300rpm；

S2采用电加热式变模温方式，将电加热元件直接安装在模具内部，快速将模具温度升温至260℃；采用螺杆式塑注塑成型机(XL-680型，宁波高新协力机电液有限公司)将塑化好的PC/ABS熔体注入封闭的模具腔内，注塑工艺参数：熔体温度为230℃，注塑压力50bar，注塑速度35％，保压压力45MPA，保压时间10s；

S3通入冷却水使模具温度快速冷却至20℃，冷却时间15s，即得汽车扰流板塑料制品；其包容尺寸为340mm*245mm*2.4mm。

步骤S1所述的甲基丙烯酸羟丙酯接枝的氧化石墨烯的制备方法如下：

①将2g氧化石墨烯加入到50mL 50wt％乙醇水溶液中，在25℃、400W的条件下超声30min，得到氧化石墨烯分散液；称取0.2g KH550加入到10mL乙醇中搅拌混合均匀，得到KH550乙醇溶液；将KH550乙醇溶液加入到氧化石墨烯分散液中在78℃、200rpm的条件下反应12h；过滤后用丙酮洗涤3次，得到的产物在50℃下真空干燥12h，得到KH550改性的氧化石墨烯；

②将10mL丙酮、2g二月桂酸二丁基锡滴加至30mL异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)中搅拌混合均匀，加入2g KH550改性的氧化石墨烯搅拌混合均匀，在40℃下反应2h，得到IPDI-KH550改性的氧化石墨烯溶液；

③将2g二月桂酸二丁基锡催化剂滴加到步骤②的IPDI-KH550改性的氧化石墨烯溶液中搅拌均匀，在70℃油浴的条件下滴加2g甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)，在70℃油浴、100rpm条件下反应4h，过滤后用丙酮洗涤3次，得到的产物在50℃下真空干燥12h，得到甲基丙烯酸羟丙酯接枝的氧化石墨烯。

测试例

翘曲变形量测试

行业内对制品翘曲变形的量化往往会通过最大翘曲变形量或局部翘曲变形量来表示。本发明将借鉴木材中关于翘曲度概念来定义制品的翘曲度，假设制品某一特定方向仅产生翘曲变形，忽略待测部位的扭曲变形以及制件其它部分的翘曲变形造成该部位的整体刚性变形，具体定义公式如下：

式中Q表示制件待测部位的翘曲度，H表示制件待测部位翘曲变形量，由待测部位与参考平面之间的最大距离确定，L表示制件待测部位在特定方向上的投影距离。具体测量时可将制件待测部位凹面向下放于测量平台，分别测量制件待测部位上表面与测量平台之间的最大距离H₁，和制件厚度H₂，二者之差即为制件翘曲变形量H，再测量制件弯曲边长度L，根据上式即可求的制件测量方向的翘曲度。

复原性：复制率＝制品的体积/模具内腔的体积×100％

表1翘曲度与复原性

实施例	翘曲度	复制率
			实施例1	0.256	97.589
实施例2	0.093	99.862

从表1和表2可以看出，通过电镀的方式将石墨烯/Ni涂层固定在模具的内表面，能够有效提升注塑制品的复原性，减少翘曲现象的产生。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。