Ultraform®
聚甲醛(POM)
Ultraform®
是巴斯夫产品线上可进行热塑性加工的共
聚甲醛共聚物的商品名称。Ultraform®产品
系列包含具有各类用途的
塑料。
Ultraform®具有广泛的特性,其适合用于复
杂且高度耐用的部件。尤其是,Ultraform®
能够很好地满足制造技术材料的要求。它集
高硬度、高强度、突出的回弹性、良好的滑
动摩擦性能和优异的尺寸稳定性于一身,即
使在机械力的作用下,或是接触各类化学
品、燃油和其他介质以及高温的情况下,其
依然性能良好。
Ultraform®材料的选择
Ultraform®在汽车制造中的应用
Ultraform®在家庭及休闲中的应用
Ultraform®在办公室和工业中的应用
4
6
8
04-09
Ultraform®的特性
机械特性
热特性
暴露于阳光和外界环境时的性能
水、燃油和化学品耐受性
消毒
接触高能辐射时的特性
耐火特性
电气性质
产品线
10
14
16
18
10-19
Ultraform®的加工
一般
与其他热塑性塑料的相容性
注塑成型
挤出
制造和整理工序
20
22
30
32
20-33
一般信息
安全注意事项
质量和环境管理
交付和储存
Ultraform®和环境
Ultraform®术语
颜色
主题索引
巴斯夫塑料产品范围概览
34
35
36
37
38
39
34-39
Ultraform®在汽车制造中的应用
Ultraform®为设计师提供了一种工程塑料,该塑
料 可 展 示 出 汽 车 工 业 所 需 的 许 多 性 能 。
Ultraform®具有优异的耐燃油性和耐化学性,其
还具有低膨胀性、良好的长期热稳定性和一流的
电绝缘性等特性。
Ultraform®已长期成功地用于汽车工业中的各类用
途,例如:
z 燃油系统的箱盖、燃油输送模块的元件(法兰、燃
油泵、滤清器壳体、涡流筒)、液面指示器和油箱
通风系统(翻车安全阀);
z 扭力滚节气门、球座、控制杆、杠杆机构和传感器
元件的操纵和控制;
z 在汽车内部用于扬声器格栅、卡扣、紧固和弹簧元
件、按钮、安全带的偏转配件和机械部件;
翻车安全阀
z 门和窗户区域,例如,用于升降窗户的部件和用于
滑动天窗的曲柄;
z 在外部,用于卡扣和紧固附加部件,用于风挡刮水
器卡扣、风挡玻璃喷洗器喷嘴、镜子和前灯的机械
和电气调节机构(例如,带有软钢索的机电设备);
z 在引擎室中,用于远离引擎的卡扣和紧固元件;
z 在电气和电子领域,用于卡扣、紧固元件和插入式
连接器。
燃油箱模块
扬声器
U
ltr
af
or
m
®材
料
的
选
择
Ultraform®在家庭和娱乐场所中的应用
在家庭和娱乐领域,Ultraform®也已名噪多
年。
由于其在高温时突出的机械性能和出众的
耐热水能力,Ultraform®已在数以百万计的
浓缩咖啡和煮咖啡器中证实了其价值所在。
z 拉链
喷灌机喷嘴
其他用途:
z 卫生器具部件和沐浴喷头嵌件
z 洒水和灌溉系统元件
z 气体流量计
z 窗帘滑动和紧固件
z 门窗金属构件中的功能部件
z 运动和娱乐领域的钩子、卡扣和紧固元件
z 洗衣机中的减震元件
z 洗碗机中的功能部件和嵌件
z 真空吸尘器部件
z 药片分配器
z 玩具中的功能部件:弹簧、夹具、齿轮、电动机、
齿轮模块和滑动元件
功能部件
U
ltr
af
or
m
® 材
料
的
选
择
淋浴喷头
Ultraform®在办公室和工业中的应用
由于其广泛的通用性和定制特性,以及在苛
刻条件下的高度可靠性,Ultraform®被广泛
用于各类工业用途。
经机加工制成的半成品
这些用途包括机器和设备制造以及精密工
程:
z 紧固元件
z 滚珠轴承和滚柱轴承
z 齿轮
z 齿轮件
z 阀门
z 叶轮
z 转向辊
z 纺织机导丝器
z 传送链和传送带上的链接和连接构件
传送带
U
ltr
af
or
m
® 材
料
的
选
择
行星齿轮
Ultraform®的特性
从其特性概况来看,Ultraform®属于工程塑料。
它可进行热塑性加工,且具有高结晶度的局部晶
体结构。Ultraform®由三氧杂环己烷和另一种单
体共同聚合而成。它由直链组成,共聚单体以可
统计分布的方式牢牢并入其中。
这些共聚单体单元便是 Ultraform®在加工及长期
暴露于高温和化学品中时具有高度稳定性的原
因所在。到目前为止,它的抗性超过聚甲醛均聚
物。
机械特性
Ultraform®的特殊性在于其将强度、硬度和韧性完
美地结合在一起,而这些都可归因于本产品的结
构。因为其结晶度高,Ultraform®比其他工程塑料
更为坚硬和结实,而在 50℃到 120℃的温度范围内
时其性能表现尤为突出。Ultraform®在大约 65℃的
低玻璃化转变温度和大约 170℃的熔融温度之间时
不会有任何转变。这就是它在相当宽的温度范围内
具有相对恒定的机械特性的原因所在,而这一点从
技术角度来看,非常有利(图 1)。
在室温时,Ultraform®在大约 8-10%的应变下具有
一个显著的屈服点。在该限度以下时,Ultraform®
即使在循环负载下仍然展示出良好的回弹性,因
此,其尤其适合用作弹性元件。
另外,它具有高蠕变强度及低蠕变趋势(图 2)。
这些特性与良好的摩擦特性结合在一起,使其非常
适合于工程应用。
在正常情况下(DIN 50014-23/50-2)Ultraform®仅
吸收很少量的水分,其大约为 0.2%。在 23℃下完
全浸润于水中时,其吸水率也仅约为 0.8%。它的物
理性质受到的影响如此之小,以致从实际用途来看
实在是微不足道。
当加入合适的弹性材料添加剂、矿物填料和玻璃纤
维时,其机械特性会发生明显变化。经弹性体改性
后的Ultraform®仍然在很大程度上保留了它的类POM
特性,但同时也展示出更高的抗冲击性能和能量吸收
能力。由于改性程度的不同,这些等级产品的刚性和
硬度也会不同程度地降低。
与上述情况恰好相反,矿物填充(尤其是玻璃纤维增
强等级)的 Ultraform®强度、刚度和硬度都有所提高。
图 7显示了该类产品和其他所选等级产品的冲击强度
与刚度的对比情况。
长期静负载下的表现
根据 ISO 899-1 所做的拉伸蠕变试验以及根据 DIN
53441 所做的应力松驰试验提供了产品在长期负荷下
有关伸长、机械强度和应力松驰特性的信息。
从单轴拉力负载试验获得的设计数据也可用于评估
一种材料在多轴负载情况下的特性。
通过蠕变模量曲线(图 2)和蠕变曲线(图 3)对其
结果进行图示说明。
图4和图5显示了
Ultraform®和玻璃纤维增强
Ultraform®的同步应力-应变曲线。
本文件所转载之图表仅为我们从大量试验结果中挑
选出的一小部分。关于不同温度和大气条件下的更多
数值和图表信息,请访问网站:
Ultraplaste-Infopoint 或塑料材料数据库
“Campus”。
U
ltr
af
or
m
® 的
特
性
伸
长
率
[%
]
剪
切
模
量
[M
Pa
]
30 MPa
20 MPa
10 MPa
温度[℃]
图 1:剪切模量为温度的函数(根据 ISO 6721 测量)
负载持续时间[小时]
图 3:根据 ISO 899-1 测量的、23℃时 Ultraform®
N2320 003 的蠕变曲线
蠕变
模
量
E C[
MP
a]
持续时间[小时]
图 2:Ultraform® N2320 003 的蠕变模量EC为负载持
续时间的函数(根据ISO 899-1,在标准气候条件 23
℃/50%相对湿度下测量)
拉
伸
应
力
[M
Pa
]
1 小时 10 小时 102小时 103小时 104小
试验温度:23℃
105小时 5*105小时
20MPa
25MPa
30MPa
40MPa
15MPa
10MPa
5MPa
伸长率[%]
图 4:根据 ISO 899-1 测量的 Ultraform® N2320 003
的同步应力-应变曲线
Ultraform®的特性
周期性负载条件下的性能,挠曲疲劳强度
工程零件通常会受到动力压力,尤其是交替或周期
性负载,它会周期性地以相同方式作用于结构零
件。在疲劳试验的折弯试验或旋转弯曲试验(DIN
50 100)中,这类负载下的材料性能可通过极高的
负载周期率进行测量。其结果以众所周知的Wöhler
图表(该图表通过所有情况下外加应力与负载周期
率的关系以标绘的方式获得)表示(参见图 8)。挠
曲疲劳强度被定义为应力级。对于该应力级,一个
样品至少可耐受 107个周期。
从图表中可获悉,对于Ultraform® N2320 003,在
经历了大约 107个负载周期后,它的应力几乎保持
不变。
当试验结果用于实践时,必须考虑到,在高负载交
替频率下,由于内部摩擦,工件可能会被加热到相
当高的温度。在这种情况下,正如在更高的工作温
度一样,必须预计更低的挠曲疲劳强度。
由巴斯夫开发的个人电脑项目“按扣”、“螺钉”和
“横梁”可用于分析结构元件,如按扣和螺钉代表
连接,而横梁接受弯曲应力。
经测量的 Ultraform®管道蠕变强度数值反映了多轴
应力条件和水的多方面作用(参见图 6)。
冲击强度
由 Ultraform®制成的零件在很宽的温度范围内保持
了抗冲击性能。由于其极低的玻璃化转变温度(约
-65℃),Ultraform®在-30℃的低温下仍然展示出
突出的抗冲击性和充分的缺口抗冲击性。
对于有较高韧性要求的应用场合,可供分级改性抗
冲击等级产品。图 7 显示了该类产品和其他等级产
品的冲击强度与刚度的对比情况。可大幅度提高冲
击强度,但会适当降低刚性性能。
拉伸
应
力
[M
Pa
]
圆
周
应
力
[M
Pa
]
1 小时
10 小时
102小时
103小时
104小时
5*104小时
105小时
1 年
10 年
试验温度:23℃
伸长率[%]
图 5:根据 ISO 899-1 测量的 Ultraform® N2200
G53 的同步应力-应变曲线
负载持续时间[小时]
图 6:在不同温度、内部和外部有水的条件下,
由 Ultraform® H4320 制成的管道之蠕变强度
简
支
梁
缺
口
冲
击
强
度
[k
J/
m2 ]
U
ltr
af
or
m
® 的
特
性
弹性模量[MPa]
图 7:所选 Ultraform®等级产品的冲击强度与刚度之间的对比关系
负载周期率
摩擦性能
应
力
振
幅
[M
Pa
]
本材料光滑、坚硬的表面和高度的晶体结构使其适合用
作受到滑动摩擦的功能零件。即使在固体摩擦时,预计
只会产生轻微磨损(根据当时可能有效的滑动摩擦系
数)。随着成对材料表面光洁度的改善,Ultraform®的滑
动摩擦系数会变得更小,而因滑动摩擦导致的磨损将会
增大。
Ultraform® N2310 P、N2770 K 和 N2720 M210 的特殊
等级产品在滑动和磨损性能上有显著改进。即使在表面
压力增大或滑动配对材料粗糙度增加的情况下,N2720
M210 均能表现出最佳性能。总体而言,N2310 P 和
N2770 K 最适合用于精密机械。
缩略图 8:非强化和强化 Ultraform®的 Wöhler 图,其为
根据 DIN 50 100 在挠曲疲劳试验中的测量数值。根据
DIN50 014,并在正常气候条件 23/50 下,负载周期频率:
10 Hz
13
Ultraform®的特性
图 9 显示了滑动摩擦系数和磨损率之间的关系,其
中,Ultraform® N2320 003 和 N2310 P 的滑动摩擦
力为平均粗糙度值的函数。经证实,Ultraform®
N2310 P 尤其在低粗糙度值的滑动配对材料上具有
良好表现(图 10)。
滑
动
摩
擦
系
数
平均粗糙度RZ
因
滑
动
摩
擦
导
致
的
磨
损
率
[ μ
m
/k
m
]
磨损和摩擦为系统特性,取决于多个参数,如配对
材料的性质、温度、速度、负载等。虽然可根据试
验所获得的结果对摩擦性能进行一些评估,然而,
无法在实际应用条件下对实际计划中的配对材料
性能进行试验。
热特性
标准Ultraform® 等级产品的熔融范围较窄,其大约
为 164℃至 168℃。当温度刚刚超过该熔融范围时,
Ultraform®模制品在材料未受到损坏的情况下,主
要受到热应力的作用。
图 9:滑动摩擦系数和磨损率之间的关系,其中,
Ultraform® N2320 003 和N2310 P的滑动摩擦力为平均粗
糙度值的函数。样品通过相关技术进行干燥处理。滑动
配对材料:钢盘,HRC 54 至 56,40°C,p = 1 MPa,v
= 0.5 m/s
图 11 和图 12 显示了在温度作用下,该材料的强度
相关特性。例如,在 80℃时,Ultraform® N2320 003
仍具有室温时高密度聚乙烯的强度值。Ultraform®
N2200 G53 等玻璃纤维强化产品的优势是,即使在
高温时,其刚度和强度仍保持不变。
如 100℃和 120℃时 12 个月储存试验结果显示,
Ultraform®在空气中的长期热稳定性也很高(参见
图 13)。从这些数据可推导出,材料最高的长期工
作温度约为 100℃。
由玻璃纤维强化 Ultraform®制成的零件可承受长
时间高达 120℃高温的作用,且材料不会因加热老
化而特性衰退(参见图 14)。
可预见的是,受 110℃以上高温持续作用后的材料
最终会褪色。在水、中性油、油脂、燃油和其他溶
剂作用下,Ultraform®也会表现出良好的长期热稳
定性。
磨损
率
[ μ
m
/k
m
]
钢盘的粗糙度 RZ=2.5μm RZ=0.15μm
P=1 MPa P=8.8 MPa
图 10:改性等级材料的磨损率为滑动配对材料(钢盘)
粗糙度的函数;v = 0.5 m/s;最高 40℃
14
温度[℃]
图 11:根据 ISO 527 测量的未强化和强化 Ultraform®的弹性
模量是温度的函数
屈
服
应
力
[M
Pa
]
弹
性
模
量
[M
Pa
]
U
ltr
af
or
m
® 的
特
性
老化期[月]
图 13:储存在 100℃和 120℃的空气中。Ultraform® N2320
003 的屈服应力为老化期的函数(根据 ISO 527 进行测量,
v = 50 mm/min)
温度[℃]
图 12:根据 ISO 527 测量的未强化和强化 Ultraform®的屈
服应力或拉伸强度是温度的函数
屈
服
应
力
[M
Pa
]
拉
伸
强
度
[M
Pa
]
1 年 2 年
老化期[日]
图 14:根据 ISO 527 测量的 Ultraform® N2200 G53 的
拉伸强度是温度 100℃、120℃、140℃和 150℃时老化
期的函数
15
Ultraform®的特性
暴露于阳光和外界环境时的性能
当将 POM 用于露天环境中时,必须注意它对紫外线
辐射的一般敏感性。受到阳光的长期照射后,零件
会失去表面光泽,并变脆。当使用紫外线稳定剂处
理后(例如,Ultraform® N2320 U03 为例),其使用
寿命可延长约两倍。某些颜料(如碳黑)也可提供
额外的保护。
水、燃油和化学品耐受性
在特定的环境条件下,如果环境介质不会引起任何
降解,也就是说,不会引起分子量的下降或聚合物
分子链的缩短,则热塑性塑料聚合物材料可耐化学
品腐蚀。耐化学性取决于介质的浓度、接触时间及
介质温度。必须将膨胀(可逆吸收并释放一种物质,
如溶剂)和应力裂缝的形成(不发生化学降解而解
开旋绕聚合物分子)与耐化学性区别开来。
即使在高温条件下,Ultraform®对下列介质表现出
良好至极佳的长期耐化学性:水、洗涤液、盐的水
溶液和大多数常用有机溶剂(如酒精、酯类、酮类、
脂肪烃和芳香烃)、燃油(还有那些含有乙醇和甲
醇的燃油,如M15、CM15、CM15A、CM15AP、E85、FAM-B、
生物柴油)以及脂肪和油、制动液和冷却液。
某些溶剂和燃油成分(尤其是乙醇和甲醇之类的短
链醇类)会导致轻微的(可逆的)膨胀。
只有少数已知的溶剂可溶解 Ultraform®,而这也通
常发生在高温条件下。
应力裂缝的形成是由于未知的溶剂或其他化学品与
Ultraform®发生作用的结果。
通过熟悉的方法,在室温下使用环氧乙烷反复消毒也不
成问题,但材料吸收了环氧乙烷,随后又将有毒的环氧
乙烷释放出来,因此,这样消毒几乎无法起到任何作用。
如果使用电离辐射,则需极其小心。不建议使用化学消
毒法
可拆卸咬接件连接
图 15 到图 18 表明,当接触热水和燃油时,与相似的均
聚或共聚竞争产品相比较,Ultraform®通常具有出众的
抵抗能力。这种优势使 Ultraform®适用于多种用途,例
如,管道、浓缩咖啡和煮咖啡器、洗碗机及车用燃油系
统。
Ultraform®会受到氧化剂以及有机酸类和无机酸类(pH
< 4)的腐蚀。
无论如何应该避免接触强酸(例如,盐酸、硫酸)。另
一方面,即使在高温时,碱也不会对 Ultraform®造成影
响。
关于详细信息,请参阅技术信息说明书“Ultramid®、
Ultraform®和 Ultradur®的耐化学性”,另外,您也可以从
Ultraplaste-Infopoint 上或从应用工程专家处获得相关
信息。
消毒
由 Ultraform®材料适当且完美制成的零件可用 121℃的
热蒸汽,甚至在某些限制条件下可用 134℃的热蒸汽,
进行多次消毒,其中,高分子等级产品表现最佳。用等
离子体进行消毒也是一种极佳的选择。
U
ltr
af
or
m
® 的
特
性
天 天
图 15:在高压灭菌器中将拉力试捧储存在 130℃的热水中 图 15:在高压灭菌器中将拉力试捧储存在 130℃的热水中
天 天
图 17:+60°C时将Ultraform® S2320 003 储存在燃油
CM15AP(过氧化值 50)中
图 17:+60°C时将Ultraform® S2320 003 储存在燃油
CM15
天 天
图 16:根据 DIN EN 14214,将对热柴油稳定的 Ultraform®
S1320 0021 储存在+140°C 的生物柴油中
图 16:根据 DIN EN 14214,将对热柴油稳定的 Ultraform®
S1320 0021 储存在+140°C 的生物柴油中
AP(过氧化值 50)中
周
图 18:将Ultraform®储存在+65°C的燃油CE85A中(含有
85%乙醇,且含有侵蚀性添加剂)
拉
伸
强
度
[M
Pa
]
拉
伸
强
度
[M
Pa
]
N2320 003
类似竞争 POM 共
聚物
带有回流冷凝器的开放系统,
每两周更换一次燃油
N2320 003
类似竞争 POM 共
聚物
N1320 0021
类似竞争 POM 共
聚物
拉
伸
强
度
[M
Pa
]
拉
伸
强
度
[M
Pa
]
Ultraform®的特性
接触高能辐射时的特性
聚缩醛仅能够适度抵抗电子射线和伽马射线。对
于这两种类型的射线,Ultraform®的表现方式基
本相同。不同的总辐射剂量会产生或多或少的降
解现象,同时,材料会变脆。25 千戈瑞的总剂量
(2.5 毫拉德)已能够影响零件的机械性能和颜
色。
耐火特性
聚甲醛遇到火焰会点燃,点火源移除后,其会继
续燃烧。未对其进行阻燃处理。
Ultraform®的 UL 94 可燃性等级为“HB”。
厚度大于或等于 1.0 mm 的 Ultraform®试验样品
符合 FMVSS 302 所要求的、小于 100 mm/分钟的
燃烧速率。
电气性质
Ultraform®具有良好的电气绝缘特性和高介电强
度。该材料极低的水分吸收性不会减弱电气性质,
由 Ultraform®制成的零件极适用于电子消费产品
和电信产品。
在电力工程领域,Ultraform®可广泛用于功能性
零件和驱动零件,这些零件不会直接用于支持导
电部分。
Ultraform® N2520L 等导电特殊等级产品适用于
需要低表面电阻的应用场合。
产品线
Ultraform®产品线包括可进行挤出和注塑成型法
加工的各类等级产品。我们拥有以下产品类别:
具有高熔融强度和高分子量的等级适用于薄壁和
厚壁管道和面板、空心型材和半制成品的挤出,
其壁厚可达 50 mm。它们可通过非切割工序制成
齿轮、轴承和其他机械零件。
这些等级产品同样适用于通过吹塑和注塑成型法
制造具有厚壁且很少空隙的模制品。
标准注塑成型等级
具有各种的粘度级别。一般而言,可对它们进行
快速加工而不会发生沉淀现象,而且它们也很容
易脱模。
冲击改性注塑成型等级
其特别适合于对韧性具有很高要求的应用场合
中。我们拥有 TPU 改性的等级产品和含有橡胶的
等级产品,每种产品均含有不同含量的抗冲击改
性剂。含有橡胶成分的产品具有许多加工技术优
势(例如,极高的焊接线强度)。
矿物填充注塑成型等级产品
其含有不同的矿物含量,适合用于制造低翘曲和
尺寸稳定的模制品,该类模制品具有不断改善的
刚度、硬度和抗热变形性。
U
ltr
af
or
m
® 的
特
性
未强化 未强化 冲击改性 强化 矿物强化 特殊类别产品
图 19:Ultraform®系列等级产品的选择
流
动
性
M
V
R
[m
l/1
0
分
钟
]
挤出 注塑成型
玻璃纤维强化注塑成型等级产品
具有不同的玻璃纤维含量,适用于在高温条件
下对强度、刚度、硬度、蠕变强度和尺寸稳定
性有很高要求的应用场合中。
经过特殊处理的等级产品,可用于
z 提高耐光性、耐紫外线性和耐候性,
z 优化滑动和磨损特性,
z 获得一定的表面电导率或单位体积电导率,
从而可靠并持久地防止静电荷,
z 增强对高温柴油燃油的抗疲劳强度,
z 增强通过铷-雅格雷射印刷的对比度,
z 特别用于生产低气味零件,如用于车辆内部
的零件。
关于产品线的详细情况,请访问
Ultraplaste-Infopoint。
用于自动邮资
盖戳机齿轮
Ultraform®的加工
可使用适用于热塑性塑料的所有方法对
Ultraform®进行加工。最重要的方法是注塑成
型和挤出。注塑成型法可极为经济地批量生产
产品(甚至最为复杂的模制品)。
挤出工艺用于制造条材、管道、型材断面和片
材,其中大多数会经过切割工具进一步加工而
形成成品零件。
一般注意事项
预处理
装在原始包装中的粒料或球料通常不需要特殊的预
处理即可进行加工。然而,由于长期或不正确的储
存而返潮的粒料或球料必须在合适的干燥器中进行
干燥处理,例如,在脱湿干燥器中以 100℃到 110℃
的温度处理约 3 小时。
启动和停机
装有 Ultraform®的加工机器以加工热塑性塑料的正
常方式启动。对螺筒barrel和喷嘴加热器进行设置,
使其达到 180℃到 220℃的熔融温度。
之后,必须根据试验,确定最佳加工条件。请参见
“安全注意事项”。
当较长时间停工、或当机器因事故停车时,如有可
能,应运转至机器内已空、且螺筒 barrel 温度下降
后,再停机。重新启动加工机器时,必须确保首先
将模具加热至 200℃左右,该
可防止冷材料堵塞
螺筒 barrel。
自显色
可在加工时对 Ultraform®进行着色处理。对于这一问
题,应该遵守以下几点:
z 仅当着色剂和辅助设备不会影响 Ultraform®的热
稳定性且其在一般加工条件下自身稳定时,才可
对 Ultraform®进行着色处理。
z 在实际应用中,成功使用以粉末颜料、液体颜色
和母料(聚烯烃或最好是 POM 基质材料)为基础
的着色系统。可通过使用高背压和低螺杆转速达
到均匀的颜色分布效果。
z 与未着色材料相比,所使用的颜料(类型和数量)
以及所使用的母料可支持材料改变 Ultraform®的
机械和摩擦性能以及收缩和翘曲性能。对成品零
件的试验,可提供已制成零件是否符合要求等信
息。
z 大多数情况下,在传统配置的加工设备上简单地
附加一个着色剂测量装置便可获得良好效果。如
果要求很高,建议使用专用混合装置。
z 如果自显色零件在使用中接触食品,则必须遵守
食品法规的特殊条款(参见“安全注意事项”)。
关于更多信息,请参见本手册的“Ultraform®的自显
色”部分。
U
ltr
af
or
m
® 的
加
工
由 Ultraform®制成的带有功能性零件的玩具
再处理
可将由熔渣、不良品和类似物料磨成粉末的废物材
料进行回收,并重新混合到工艺中。然而,它们必
须是干净的、或在先前的加工过程中未受到任何损
害。可影响材料分解的因素有:
z 剧烈剪切(高螺杆转速、铸口太小等),
z 温度太高或耐受时间太长,
z 在自显色过程中使用了不相容的颜料,
z 异物或其他杂质,
z 湿气。
粉碎过程也可能损坏塑料。经证实,在研磨操作中
磨粉机需低速运转;应清除所有粘附性粉尘。在进
行再处理之前,建议对长期储存的已磨粉材料进行
干燥处理。在实际应用中,有 10%至 15%(偶尔会有
高达 30%)的磨粉材料被混合。
对于玻璃纤维强化产品,在加工过程中可将玻璃纤
维弄短,在研磨过程中也是如此。如果将大量这种
类型的磨粉材料混合到新材料之中,则收缩性、翘
曲性(尤其是机械性能)可能会受到影响。
往原始粒料中添加磨粉材料可能会对正常的送料过
程造成不利影响。正是这个原因,应仅当确定其不
会干扰加工条件或影响成品特性(例如,冲击强度)
时,才可往生产线上添加磨粉材料。
Ultraform®的加工
与其他热塑性塑料的相容性
Ultraform®品牌原料之间可相互混合,也可与其他聚
甲醛进行混合。由于加工机器的均质化作用有限,
所以必须避免粘度差异过大。Ultraform®不能与大多
数其他热塑性塑料相混合。尤其是在熔渣附近,甚
至少量该类外来杂质也会以层状结构的形式变得很
明显。其结果就是众所周知的酥饼效应。
热塑性塑料(如 PVC)污染 Ultraform®后会对 POM
产生破坏性效果,因此,必须毫无例外地予以避免。
还必须避免与含有卤素基阻燃剂的热塑性塑料相混
合。甚至少量该类热塑性塑料也会在加工过程中产
生 Ultraform®不可控制的快速分解。
添加磨粉材料时,需特别注意材料是干净、均匀、
且无粉尘,这一点至关重要。
当转而生产其他热塑性塑料时,或从其他热塑性塑
料转而生产 Ultraform®时,最好使用粒状 PE 或 PP
材料或合适的清洗化合物清除螺筒 barrel。当对清
洁有更高要求时,可使用专门的分批清洁产品(如
巴斯夫生产的 Ultraclean Batch®)。
总之,一旦达到需要的温度,就可重新开始生产,
而最初几个模制品应该归入不合格品中。当从 PVC
转换到生产 Ultraform®,有必要彻底清除加工机器,
然后再对其进行机械清洁,反之亦然。
注塑成型
注塑成型是加工 Ultraform®的最为重要的方法之一。
当塑化装置正确设计时,可在所有商用注塑成型机
上对 Ultraform®进行加工。
注塑成型装置
三段式螺杆
通过注塑成型法生产 Ultraform®时,适合使用常用的
单线三段式螺杆。在现代机器中,有效的螺杆长度
为 20-23D,螺距则为 0.8-1.0D。图 16 显示了经
过试验和测试的三段式螺杆的几何构造。粒料的供
料和熔融实质上取决于螺筒barrel上的温度控制和
螺杆的螺纹深度。图 21 中列出了针对不同螺纹直径
所建议的螺纹深度。当使用浅螺纹螺杆时,塑化动
力在一定程度上比标准螺纹的塑化动力低,因此,
它们获得的材料比深螺纹螺杆少。然而,材料可适
度熔化,其在螺筒 barrel 中的滞留时间更短,所获
得的熔融体也更为均匀。这种效果对由 Ultraform®
制成的模制品的质量更为有利。
不建议在排气螺杆中进行加工。
注射喷嘴、止回阀
对于 Ultraform®注塑成型而言,通常有一个开口注射
喷嘴就已足够。由于其设计简单,从而确保了流速
平稳。这种类型的喷嘴的优点是,由于热破坏而形
成的任何气态分解产物可以逸出,而不会造成压力
累积。当滞留时间意外延长、在高熔融温度下、在
停机期间或其他中断过程中就会产生这种现象。
塑炼时以及当喷嘴从模具中缩回时,止流式喷嘴可
防止熔融体流出。弹簧支承针式止流喷嘴尤其适合
于这一用途。在最佳生产中,螺杆上也应该安装一
个止回阀,以防止在注射和保压阶段熔融体通过螺
杆螺纹流回。
扬声器栅格
安装止回阀是获得熔融体缓冲和对熔融体起保压作
用的唯一途径。
U
ltr
af
or
m
® 的
加
工
在冷却水回路和模腔之间进行良好密封,这很重要;
否则,水渗入后会形成溶液,进而腐蚀模具。
在冷却水回路和模腔之间进行良好密封,这很重要;
否则,水渗入后会形成溶液,进而腐蚀模具。
磨损防护
对玻璃纤维强化 Ultraform®进行加工时,必须使用硬
磨损塑化装置(例如,双金属螺筒 barrel 和硬化螺
杆、螺杆梢和止回阀)。
金属嵌件的使用金属嵌件的使用
注塑成型模具
浇口和模具设计
所有已知类型的浇口(包括前腔和热流道系统)都
可用于 Ultraform®的注塑成型生产。对于相关浇口和
模具的设计构造指南,如果这些浇口和模具用于以
热塑性塑料制造注塑成型零件,则其同样适用于
Ultraform®。流道和浇口切勿太小。
由于熔融体粘度很低,因此,表面轮廓线可极其精
确地进行复制。相应地,必须对模具的内表面进行
完美加工,这也同样适用于模具分离面。分模线切
勿导致飞边的形成,但同时必须确保模具进行充分
排气。 排气。
对金属嵌件进行密封,便可避免带来任何麻烦。然
而,在插入模具前必须将其预热到 80-120℃,这样
就不会产生内应力。金属嵌件不得沾有油脂,且应
有凸边、凹槽或相似结构,以确保其能够被很好地
锚定。必须注意金属边应具有良好的圆度。
模具温度控制
由于模具温度对模制品的表面处理、收缩、翘曲和
公差具有重大影响,因此,良好的设计以及有效的
温度控制系统尤为重要。温度控制的设计效果应该
是,模具的所有成形零件处温度相同。
D 螺杆外径
L 有效螺杆长度 20-23D
LE 进料段长度 0.5-0.55L
LK 压缩段长度 0.25-0.3L
LA 计量段长度 0.2L
hA 计量段螺纹深度
hE 进料段螺纹深度
S 螺距 0.8-1.0D
R 止回阀
图 20:螺杆结构——注塑成型机三段式螺杆术语和
尺寸规格
螺
纹
深
度
h
[
mm
] hE= 进料段螺纹深度
hA= 计量段螺纹深度
标准螺纹
浅螺纹
螺杆直径[mm]
图 21:注塑成型机三段式螺杆的螺纹深度
Ultraform®的加工
调节温度时应使所有成形区域的温度相同。在特殊
情况下,有时需要有条理地选择发散式温度。例如,
在半模内有条理地选择不同温度在一定程度上会影
响模制品的翘曲,但只有使用分离循环系统时才会
有这种可能性。
与所有部分结晶热塑性塑料一样,用 Ultraform®制成
的注塑成型产品的机械特性在一定程度上由其结晶
度所确定。模具温度升高时,结晶度提高。模具温
度升高时,硬度、刚度和强度也会增强(图 22)。而
韧性值的表现恰恰与上述情况相反(图 23)。
一般而言,将温度调节在 60℃至 90℃的范围内就已
足够。制造精密零件时,则要求将模具温度控制在
90℃和 120℃之间。如果需要特别高的尺寸稳定性,
则模具温度至少应该设置到模制品随后使用时的温
度。
为了避免热损失,建议在模具和压板之间填充隔热
材料。
注塑成型加工
加工温度
一般而言,熔体温度在180℃和 220℃之间就已足够。
具有长
和薄壁的复杂模具在特殊条件下可能需
要高达 230℃的温度。更高的加工温度可能会造成热
降解风险。如果生产条件允许高注射速率,则熔融
体在注塑成型缸体中的停留时间也相应较短,这就
会避免上述风险的产生。
建议连续测量熔体温度。由于热电偶可以很便利地
安装到针式止流喷嘴中,故建议使用这种喷嘴。
可不时地将注塑成型机内各个加热器带设置到相同
温度。如果循环时间很长,则应将第一加热器带(靠
近加料斗)的温度设置得稍低一些,这可防止粒料
在进料区域过早熔融。
模具表面温度[℃]
图 22:Ultraform® N2320 003——模具表面温度对不
同厚度拉伸试条刚度的影响
拉
伸
模
量
[M
Pa
]
简
支
梁
冲
击
强
度
[k
J/
m]
1.5mm 厚样品
4mm 厚样品
模具表面温度[℃]
图 23:Ultraform® N2320 003——模具表面温
度对简支梁冲击强度(ISO 179/1eU)的影响
U
ltr
af
or
m
® 的
加
工
进料特性
尤其需要注意的是,注射熔融体时,模具腔体中的
空气会轻易从适合的点处逸出,致使不会产生因压
缩空气造成的糊斑(狄塞尔效应)。模具通风不良会
加速模具沉淀物的生成。图 24 显示了一个经试验证
明有用的通风系统。
Ultraform®可采用标准螺杆进行喂料不存在问题。
颗粒的进料性能及其塑炼作用取决于螺杆结构、螺
杆转速、螺筒 barrel 处背压和温度控制。
由于在大多数注塑成型机的加料斗区域有冷却现
象,故须根据需要调节进料性能。在特殊情况下,
对于 Ultraform® N2310 P,应将从加料斗到塑模段设
置为下降的温度分布线(例如,从 220℃到 205℃)。
当材料积聚时,通过设置使保压压力足够高,且保
压时间足够长,从而使熔融体因冷却而造成的体积
收缩得到补偿,这样就可阻止空隙的产生。要达到
这一效果,其先决条件是浇口足够大,且其位置设
置合理。这样,这一区域的熔融体就不会在保压时
间结束前过早凝固,并因之密封处于静态的塑料铸
模内部而对抗对熔融体的保压压力。
螺杆的圆周速率不可超过 0.3 m/s。
模具填充
制成零件的质量还取决于模具的填充速度。填充速
度过高会增加分子的线性分布,从而导致机械特性
的各向异性。另一方面,填充速度过低会造成产出
零件的表面质量较差。
流动特性
Ultraform® H4320是一种具有大分子量且具最高粘度
的树脂,它是挤出工艺的首选材料。然而,它也适
合制造壁厚度较大(>3 mm)、且特别坚韧的注塑成
型零件。
图 24:模具通风系统
传送带
Ultraform®的加工
Ultraform® N2320 003 是用于加工正常壁厚(>1.5 mm)
且流程不是太长的注塑成型产品的标准等级产品。当
壁厚较薄且流程较长时,建议使用自由流动的
Ultraform® S2320 003。
当加工温度上限太高而无法完成 Ultraform® S2320 003
的填充时,可使用 Ultraform® W2320 003 和特别易于
流动的 Ultraform® Z2320 003。
图 25 的螺旋流动试验表明,这些等级的流动特性为壁
厚的函数。尽管该试验还未标准化,但根据它可进行
基于实践的评估。一种产品的流动性或流程不仅由加
工参数决定(例如,注射压力、注射速度、熔融体和
模具温度),而且模具和机器设计还对其具有决定作
用。图 26 提供了一个流动性取决于熔体温度的概况。
尽管具有良好的流动性,但 Ultraform®注塑成型等级产
品不易形成飞边。
加工速度
在注塑成型过程中控制加工速度的因素之一为熔融
体从加工温度冷却到凝固温度所需时间,固化速率,
对于后者,如果是半晶质热塑性塑料,则其与结晶速
率有密切关系。
对于薄壁零件,加工速度主要取决于结晶速率。然而
对于厚壁零件,则其主要取决于塑料的热传导速率。
Ultraform®等级产品以高凝固速率为特征,故其特别
适合经济地生产薄壁零件。
脱模
Ultraform®可轻易地脱模。即使在模具表面温度高的
情况下,它也不会沾到模具壁上。
壁厚[mm]
图 25:流动性为壁厚的函数(螺旋流动试验)。机器:1300
kN,螺杆直径:30mm,模具:试验螺旋,注射压力:1200
巴,熔体温度:210℃,模具表面温度:80℃
熔体温度[℃]
图 26:流动性为熔体温度的函数。机器:1300 kN,螺
杆直径:30mm,模具:1.5mm 试验螺旋,循环时间:20
秒,注射压力:1000 巴,模具表面温度:80℃
螺
旋
长
度
[m
m]
螺
旋
长
度
[m
m]
注塑成型模具的斜度通常为 1到 2度。由于 Ultraform®
的体积收缩性强,故有可能对其使用更小斜度。然而,
脱模器或脱模板必须有较大的接触面积。
顶杆相对于制件而言不应太细;否则,如果循环时间
太短或当模具温度很高时,模制品就会被顶杆的凹槽
所损坏。
设计的模具冷却通道应确保模制品尽可能均匀地冷
却,这样,模制品就可在凝固时不发生翘曲现象。
收缩和后收缩
收缩率可规定为室温时模具及其模制品之间的尺寸差
异。其通常在生产后 24 小时就可确定,且其以百分比
表示(ISO 294-3/4)。尤其是,对模具制造商而言,由
于收缩预期很重要,因此,预测应尽可能地精确。
设计的模具尺寸必须能够生产出所需最终尺寸的模制
品。尽管收缩性是材料的一种主要特性,但模制品的
尺寸还取决于注塑成型零件的形状和壁厚以及加工条
件(模具表面温度、熔体温度、保压压力、注射速度、
浇口的位置和尺寸)。由于这些不同因素相互影响,通
常很难准确地预测收缩率。图 27 中所描述的试验箱已
证实其适用于确定与实践相关的收缩尺寸。通常,长
度 A 被视为箱底收缩性的测量值。
模具表面温度和模制品壁厚对收缩率产生最大影响。
图 28 表明了壁厚为 1.5 mm、5 mm 和 8 mm 的模制品的
收缩率取决于试验箱。可看到的是,当模具温度升高
时,收缩率快速增大。此处的模具温度总被视为所测
量的表面温度而非温度控制介质的温度。
U
ltr
af
or
m
® 的
加
工
收
缩
率
[%
]
壁厚
模具表面温度[℃] 图 27:试验箱
图 28:试验箱收缩率,根据 Ultraform® N2320 003 成型后一
小时的模制品造模(距离 A)
Ultraform®的加工
根据壁厚为 1.5 mm 的试验箱,图 29 表明了收缩率
与保压压力之间的依赖性。较高的保压压力可部分
补偿收缩率。通过升高模具温度和增大壁厚可强化
这一效果。
其他因素(例如,熔体温度或注射速度)对Ultraform®
的收缩率不构成任何较大影响。当熔体温度升高,
且注射速度降低时,收缩率只轻微增大。
随着时间的推移,注塑成型品的尺寸会轻微改变,
这是因为后结晶作用与温度和时间有关。另外,内
应力降低和排列性减弱也会对尺寸造成轻微影响。
图 30 表示在试验箱储存中一小时(曲线 1)、14 天
和 60 天(曲线 2 和 3)后所测得的收缩率。零件储
存在室温下。后收缩即由于后结晶作用而导致收缩
率增大现象,这可从曲线上看出。曲线 4 表示在 120
℃的条件下,同样的零件存放 24 小时后的收缩率。
如果由 Ultraform®制成的注塑成型零件在日后的使用中
会接触较高温度,则应进行回火。回火是在根据预期的
后结晶作用结果预先改变产品尺寸。然而,如图 30 所示,
当在模具高温度下进行注塑成型操作时,可以省略回火
工艺。
事实上,玻璃纤维强化 Ultraform® N2200 G53 的收缩率
比未强化等级产品的收缩率低。然而,由于玻璃纤维的
方向性,收缩性也是各向异性的。根据形状、浇口位置
和加工条件,这会导致模制品的翘曲。
与玻璃纤维强化材料相反,矿物填充 Ultraform® N2720
M63 主要以各向同性的收缩为特征。图 31 表明了与流动
方向平行和垂直方向上自由收缩的未强化、玻璃纤维强
化和矿物填充 Ultraform®的收缩率。
保压压力[巴]
图 29:试验箱收缩率,根据 Ultraform® N2320 003 成型
后一小时的模制品造模(距离 A)
收
缩
率
[%
]
壁厚
沐浴喷头嵌件
U
ltr
af
or
m
® 的
加
工
扬声器
收
缩
率
[%
]
平行收缩率 垂直收缩率[%]
模具表面温度[℃] 图 31:与流动方向平行和垂直方向上自由收缩的未
强化、玻璃纤维强化和矿物填充 Ultraform®的收缩
率,其中所测片材为 110×110×2 mm;熔体温度:
200℃,模具表面温度:80℃
曲线 1 生产 1 小时后的加工收缩率
曲线 2 室温下 14 天后的收缩率
曲线 3 室温下 60 天后的收缩率
曲线 4 回火后 120℃条件下存