合金模具材料：实现高效传热

中华模具设计

       与普通模具材料相比，合金模具材料具有更加优异的热性能，可使模具中热量的传输更为高效。在提高制品质量、缩短制品生产周期以及简化模具冷却水道维护等方面，高导热的合金模具材料都发挥了良好的促进作用。
　　衡量合金模具材料热性能的三个重要指标包括：热传导率、热扩散率和热传导效率（即热传导率与热扩散率平方根之比）。高的热传导率可以使材料能够在单位时间内稳定地转移更多的热量；高的热扩散率能够令模具在温度改变时能很快达到热平衡，并能更快速地适应环境温度的变化；热传导效率用来表示材料从高温物体向其接触的低温物体传热的即时效率。
　　在制品的成型加工过程中，合金材料的热性能会对模具中热传递过程的各阶段产生影响。在将模具加热达到加工温度的阶段，优异的热扩散能力能够使铜合金模具迅速建立热平衡，成型过程即将开始。在将热熔料注射进入模具并使其冷却的阶段，较高的热传导效率意味着模具开始迅速而高效地将热量从熔料中传出；高热扩散率有利于模具迅速达到热平衡状态，并使模具各处的温度保持一致；一旦达到平衡状态，热传导率将决定热量从熔料传出直至塑件达到预期的脱模温度所需的时间。在开模、脱模以及合模各阶段，高热扩散率能够促使模具维持平衡点温度。
　　高导热合金模具利于两类主要聚合物（半结晶聚合物和无定型聚合物）的加工成型，并显著减少冷却时间。另外对几乎所有的塑料原料而言，高导热合金模具都能够帮助加工商获得更短的制品生产周期和更好的冷却效果。
　　无定型聚合物具有松散而随机的分子结构，没有固定熔点，当被加热升温达到Tg（玻璃化温度）以上时，聚合物粘度下降直至开始自由流动，继续加热直到熔料可以完全填充模具。然后，热量再次被转移直到聚合物温度降低到Tg以下（多数情况下此时的温度已经可以使制品脱模）。半结晶聚合物具有紧密的分子结构，分子结构基本相同，包括聚酰胺（尼龙）、聚乙烯、聚丙烯和聚甲醛等。在加工过程中，这些聚合物处于熔融状态成为无定型材料，当重新冷却时又成为半结晶材料。一些半结晶材料，例如尼龙通常要求模温相对较高以得到优良的制品表面，并使结晶度达到最大化。如果使用高导热合金模具，就可以在要求的温度下满足加工需求。
　　采用钢材制造模具，加工商通常采用冷却装置以缩短生产周期，然而冷却介质经常会凝结到模具表面从而影响塑件质量。选用高导热的合金材料制造模具，冷却水通常可以设置更高的温度以防止凝结，模具的表面温度也非常接近于水温。与钢材相比，高导热合金材料能够更快地转移模具中的热量从而使其达到所要求的温度，并且各处温度更加一致。均衡冷却令加工商易于控制塑件尺寸，防止塑件发生翘曲变形并提高其强度。此外，均衡冷却对无定型聚合物的成型也非常重要，例如PC制品将变得更透明和更具韧性。
　　冷却时间的减少最终会缩短制品的生产周期，从而使生产效率得到大幅度提高。例如，在生产一种大型PE盖子的过程中，加工商计算出将铍铜嵌件嵌入到钢制模具中只用10天可以回收成本。生产周期从75 s减少到52 s，也不必购买其他附加设备。从短期看这虽然可能有部分资本投入，但从长期来看还将会有相当大的经济获益潜力。另一个实例是成型加工椅子的玻纤增强尼龙底座。在采用铍铜嵌件之前，加工商通常在模具中直接使用钢质材料。而应用铍铜嵌件能够使生产周期从122 s减少到98 s，同时令制品的生产速度更快并且尺寸稳定性更好。

han912xue

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